KR20170104769A

KR20170104769A - 전기변색소자

Info

Publication number: KR20170104769A
Application number: KR1020160027585A
Authority: KR
Inventors: 강수희; 김충완
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-18
Also published as: KR102034444B1

Abstract

본 출원은 전기변색 소자, 및 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 전기변색소자는 제1 전기변색층의 적층 재료를 동일하게 사용하면서도, 상기 적층 재료의 박막 특성을 다르게 구현하여, 착색 또는 탈색과 같은 전기변색소자의 광학 특성을 발현할 수 있다.

Description

전기변색소자{Electrochromic Device}

본 출원은 전기변색소자, 및 전기변색소자의 제조방법에 관한 것이다.

전기변색소자란, 전기변색 물질이 전기화학적으로 산화 또는 환원 반응을 일으킬 때 나타나는 가역적인 색 변화를 이용하는 소자를 말한다. 이러한 전기변색소자는 기존의 S PD(suspended particle display) 또는 PDLC(polymer-dispersed liquid crystal) 등과 비교할 때 응답속도가 느린 단점이 있지만, 적은 비용으로도 넓은 면적의 소자를 제작할 수 있고, 소비전력이 낮다는 장점이 있다. 그에 따라, 스마트 윈도, 스마트 거울, 전자 종이 또는 차세대 건축 창호 소재와 같은 다양한 분야에서, 전기변색소자가 주목받고 있다.

전기변색 물질로는 주로 전이금속의 산화물이 사용된다. 예를 들어, 환원 발 색 재료로는 WO₃, MoO₃, 또는 TiO₂ 등이 사용되고, 산화 발색재료로는 LiNiOx, NiOx, V₂O₅, IrO₂, 또는 Nb₂O₅ 등이 사용된다. 단일구조 전기변색 소자의 경우 상기와 같은 발색 재료가 작업전극에만 코팅되어 있으나, 이중구조 전기변색소자의 경우에는 상기 발색 재료가 2개의 전극, 즉, 작업전극과 상대전극 모두에 코팅된다. 이러한 이중구조의 전기변색소자에서는, 각 전극에 코팅되는 전기변색 물질이 서로 상보적인 변색 특성을 가져야만, 원하는 광학 특성, 예를 들어 소자 전체에서 밝거나 또는 어두운 상태가 교대되는 특성을 구현할 수 있었다.

본 출원은, 동일한 발색 특성을 갖는 전기변색물질을 제1 전기변색층과 제2 전기변색층에 동시 사용하면서도, 전기변색소자에서 요구되는 광학 특성을 구현할 수 있는 전기변색소자의 제공을 그 일 목적으로 한다.

또한 본 출원은, 공정 신뢰성 및 안정성이 우수한 전기변색소자의 제공을 다른 목적으로 한다.

일례에서, 본 출원은 전기변색소자에 관한 것이다. 본 출원의 전기변색소자는 대향 배치된 2개의 전극층, 제1 전기변색층, 전해질층, 및 제2 전기변색층을 포함할 수 있다.

상기 전극층은 제1 및/또는 제2 전기변색층에 전하를 공급할 수 있는 구성으로서, 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide), 전도성 고분자, 은나노 와이어(Ag nano wire), 메탈메쉬(Metal mesh), 또는 OMO(oxide metal oxide) 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 하나의 예시에서, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO, OMO(Oxide/Metal/Oxide) 또는 CTO 등이 전극 물질로서 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 하나의 예시에서, 상기 전극층은, 상기 전극 물질 중 2 이상의 물질이 적층된 구조로 형성될 수 있다.

전극층의 형성 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 방법을 제한없이 사용하여 전극층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 스퍼터링과 같은 공정을 통해, 유리 기재층상에 상기와 같은 투명 전도성 산화물 입자를 포함하는 박막의 전극층을 형성할 수 있다. 이렇게 제조된 전극층은 1 nm 내지 500 nm 범위의 두께를 가질 수 있고, 가시광선에 대한 투과율이 70 % 내지 95 %일 수 있다. 특별히 제한하지 않는 이상, 본 출원에서 투과율이란, 예를 들어 350 nm 내지 750 nm 범위, 보다 구체적으로는 550 nm 범위의 가시광선 파장에 대한 투과율을 의미할 수 있다.

상기 전극층에는 외부 회로를 통해 전압이 인가될 수 있다. 상기 전압은 직류 또는 교류 전원에 의해 인가될 수 있으며, 상기 전압을 인가하는 전원장치나 그 방식은 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 하나의 예시에서, 소자의 착색시와 탈색시에 인가되는 전압은 서로 상이한 비대칭 전압일 수 있다.

제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 인가되는 전압에 따라 전기변색이 가능한 물질을 포함하는 층을 의미한다. 변색 물질로는 비올로겐 같은 유기물, 또는 무기물이 사용될 수 있으나, 내구성 및 안전성을 고려할 때 무기물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 출원에서, 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 동일한 발색특성을 갖는 전기변색물질을 포함할 수 있다. 본 출원에서, 전기변색물질의 발색특성이란, 전기변색 물질이 착색될 수 있는 반응의 종류를 일컫는 의미로 사용될 수 있다. 예를 들어, 전기변색 물질이 산화반응에 의해 착색되는 경우에는 변색물질이 산화 발색특성을 갖는다고 할 수 있고, 환원반응에 의해 착색되는 경우에는 변색물질이 환원 발색특성을 갖는다고 할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 동일한 전기변색 물질을 포함하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 환원 발색특성을 갖는 물질, 예를 들어, Ti, Nb, Mo, Ta 또는 W 과 같은 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체제적으로, WO₃, MoO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ 또는 TiO₂ 등과 같은 산화물 중 어느 하나가, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층에 동시에 포함될 수 있다. 그러나 상기 나열된 환원 발색 물질로 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층에 포함되는 변색 물질이 제한되는 것은 아니다. 또 하나의 예시에서, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 산화 발색특성을 갖는 물질, 예를 들어, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 또는 Ir 과 같은 금속의 산화물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, LiNiO₂, IrO₂, NiO, V₂O₅, LixCoO₂ _, Rh₂O₃ 또는 CrO₃ 등과 같은 산화물 중 어느 하나가, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층에 동시에 포함될 수 있다. 그러나 상기 나열된 산화 발색 물질로 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층에 사용되는 물질이 제한되는 것은 아니다.

하나의 예시에서, 변색 물질로서 WO₃가 사용된 경우, 착색(coloration)과 탈색(bleaching)은 하기 일반식 1과 같은 반응에 의해 이루어질 수 있다. 본 출원에서 착색 또는 탈색이란, 전압인가 후 제1 전기변색층에서 발생하는 산화 또는 환원 반응에 따라, 사용되는 전기변색 물질의 본래 색이나 광 투과 특성이 변하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 하기 일반식 1과 같이 투명한 텅스텐 산화물이 환원반응을 통해 짙은 파란색을 띠게 되면서 광 투과율이 저하되는 경우 착색되었다고 할 수 있고, 그 반대의 경우에는 탈색되었다고 할 수 있다.

[일반식 1]

WO₃(탈색시, 투명) + xe^- + xM⁺ ⇔ M_xWO₃(착색시, 파란색)

(상기 식에서, M⁺는 H⁺, 또는 Li⁺, Na⁺ 또는 K⁺와 같은 알칼리 금속의 이온일 수 있다.)

또 하나의 예시에서, 변색 물질로서 LiNiO₂가 사용된 경우, 착색과 탈색은 다음과 같은 반응에 의해 이루어질 수 있다.

[일반식 2]

LiNiO₂ (착색: 갈색) + Li⁺ + e^- ⇔ Li₂NiO₂ (탈색: 무색)

하나의 예시에서, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층에 증착된 전기변색 물질은 서로 다른 박막 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 동일한 전기변색 물질을 포함하지만, 각 층의 박막 특성은 서로 상이하도록 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층이 달리하는 박막 특성은 전기변색 물질의 증착밀도일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전기변색층은 전기변색 물질의 증착밀도(d₁)가 3.0 g/cm³ 내지 7.0 g/cm³ 범위일 수 있고, 상기 제2 전기변색층 전기변색 물질의 증착밀도(d₂)는 5.0 g/cm³ 내지 8.0 g/cm³ 범위일 수 있다. 또 하나의 예시에서, 상기 제2 전기변색층에 증착된 전기변색물질의 증착밀도가 상기 제1 전기변색층에 증착된 전기변색물질의 증착밀도 보다 큰 수치일 수 있고, 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층에 증착된 전기변색 물질 간 증착밀도 차이값(d_△)은 0.1 g/cm³내지 1.0 g/cm³ 일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은, 각각 1 nm 내지 1 ㎛ 범위에서, 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 전기변색물질의 증착밀도(d₁)가 3.0 g/cm³ 내지 7.0 g/cm³인 제1 전기변색층은 2 nm 내지 800 nm 범위를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전기변색층은 상기 두께 범위 내에서 700 nm 이하, 600 nm 이하, 500 nm 이하, 또는 450 nm 이하의 두께를 가질 수 있고, 그리고, 10 nm 이상, 30 nm 이상, 50 nm 이상, 80 nm 이상, 또는 100 nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전기변색층은 100 nm 내지 450 nm의 두께를 가질 수 있다. 또한, 전기변색 물질의 증착밀도(d₂)가 5.0 g/cm³ 내지 8.0 g/cm³ 범위인 제2 전기변색층은 2 nm 내지 800 nm의 두께를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2 전기변색층은 상기 두께 범위 내에서 700 nm 이하, 500 nm 이하, 300 nm 이하, 또는 100 nm 이하의 두께를 가질 수 있고, 그리고 5 nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 전기변색층은 5 nm 내지 80 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기와 같은 증착 밀도 및 두께를 갖는 경우, 동일한 발색특성을 갖는 전기변색물질을 제1 전기변색층과 제2 전기변색층에 사용하면서도, 상보적인 전기변색물질이 각각 작업전극과 상대전극에 사용되는 종래기술의 소자와 동일한 착색 및 탈색 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, WO_x와 같은 환원성 변색물질이 각 층에 사용되는 경우, 증착밀도 및 두께가 상기 범위인 제1 전기변색층으로 리튬이온과 같은 전해질 이온이 유입되면, 제1 전기변색층에서는 변색이 이루어질 수 있다. 반대로 리튬이온과 같은 전해질 이온이 제1 전기변색층으로부터 탈리되면서 제2 전기변색층으로 이동하는 경우에는, 제2 전기변색층의 상기 두께 및 증착 밀도가 제2 전기변색층에 포함된 전기변색 물질의 변색에 대한 제한요인으로 작용하여, WO_x의 변색 발현이 충분히 이루어지지 않게 되고, 그에 따라 소자 전체가 탈색된 효과를 갖게 될 수 있다.

하나의 예시에서, 증착 밀도가 3.0 g/cm³ 내지 7.0 g/cm³ 인 제1 전기변색층은, 착색시 2 % 내지 10 % 의 투과율을 가질 수 있고, 탈색시 75 % 내지 95 % 의 투과율을 가질 수 있다. 또한, 증착밀도가 5.0 g/cm³ 내지 8.0 g/cm³인 제2 전기변색층의 경우, 착색시 가시광선에 대한 투과율이 20 % 내지 40 % 이고, 탈색시 가시광선에 대한 투과율이 75 % 내지 95 % 일 수 있다. 본 출원에서, 제1 전기변색층 또는 제2 전기변색층의 착색은 리튬이온과 같은 전해질 이온이 제1 전기변색층 또는 제2 전기변색층으로 삽입되는 경우를 의미할 수 있고, 탈색은 전해질 이온이 제1 전기변색층 또는 제2 전기변색층으로부터 탈리되는 경우를 의미할 수 있다. 상기 언급한 바와 같이, 상기 범위의 증착밀도 및 두께는 제2 전기변색층의 착색에 대한 제안요인으로 작용하기 때문에, 전체 전기변색소자의 광 투과 특성 변화는 제1 전기변색층의 착색 또는 탈색과 유사한 모습을 보일 수 있다.

전해질층은, 변색 반응에 관여하는 이온을 제공하기 위한 층을 의미할 수 있다. 본 출원에서 전해질층은 상기 제1 및 제2 전기변색층 사이에 마련될 수 있다.

전해질층에 사용되는 전해질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 액상 전해질, 겔 타입 고분자 전해질 또는 무기 고체 전해질 일 수 있다. 누액 안전성을 고려할 때, 겔 타입 고분자 전해질 또는 무기고체 전해질을 사용하는 것이 바람직하다.

하나의 예시에서, 상기 전해질은, 예를 들어 H⁺, 또는 알칼리이온, 예를 들어, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 및 Cs⁺를 포함하는 화합물 중 하나 이상의 화합물을 전해질 이온으로 포함할 수 있다. 비제한적인 일례로, 전해질은 LiClO₄, LiBF₄, 또는 LiPF₆ 와 같은 리튬염 화합물을 전해질염으로 사용될 수 있다. 상기와 같이, Li⁺를 포함하는 화합물이 사용될 경우, 전극에 전압이 인가되면, 전해질층에 포함된 리튬이온(Li⁺)이 제1 전기변색층 내부로 이동하면서, 상기 일반식 1 또는 일반식 2와 같은 반응이 일어날 수 있다.

또 하나의 예시에서, 상기 전해질은 카보네이트 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 카보네이트계 화합물은 유전율이 높기 때문에, 리튬염이 제공하는 이온의 전도도를 높일 수 있다. 카보네이트계 화합물로는 PC(propylene carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate) 및 EMC(ethylmethyl carbonate) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

또 하나의 예시에서, 무기 고체 전해질이 사용될 경우, 상기 전해질층은 LiPON 또는 Ta₂O₅을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무기 고체 전해질은 LiPON 또는 Ta₂O₅에 B, S, W와 같은 성분이 일부 첨가된 것일 수 있다.

특별히 제한되지는 않으나, 상기 전해질층은 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있고, 상기 전해질층의 투과율은 80 % 내지 95 % 범위일 수 있다.

본 출원에 관한 다른 일례에서, 본 출원은 전원, 대향 배치된 2개의 전극층, 제1 전기변색층, 전해질층 및 제2 전기변색층을 포함하는 전기변색소자의 제조방법에 관한 것이다.

하나의 예시에서, 상기 제조방법은 제1 전극층 상에 제1 전기변색층을 마련하는 단계; 및 제2 전극층 상에 제2 전기변색층을 마련하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 동일한 발색특성을 갖는 전기변색물질을 포함할 수 있다. 사용 가능한 전기변색물질의 종류는 상기 언급한 바와 같다.

상기 제1 전기변색층과 제2 전기변색층은 박막특성이 상이하도록 마련될 수 있다. 하나의 예시에서, 박막특성은 전기변색물질이 전극층에 증착되는 증착밀도일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전기변색층에는 3.0 g/cm³ 내지 7.0 g/cm³ 범위의 증착밀도를 갖도록 전기변색물질이 증착될 수 있고, 상기 제2 전기변색층에는 5.0 g/cm³내지 8 g/cm³ 범위의 증착밀도를 갖도록 전기변색물질이 증착될 수 있다. 또한, 상기 제2 전기변색층의 전기변색물질 증착밀도는 제1 전기변색층의 그것보다 클 수 있고, 제2 전기변색층과 제1 전기변색층 각각에 포함되는 전기변색물질의 증착밀도 차이값은 (d_△)은 0.1 g/cm³ 내지 1.0 g/cm³ 일 수 있다. 그 외 전기변색물층과 제2 전기변색층의 각 특성은 상기 언급한 바와 같다.

하나의 예시에서, 상기 제1 및/또는 제2 전극층은 기판상에 마련될 수 있다. 상기 기판의 경우, 공지된 기판을 자유롭게 사용할 수 있다. 예를 들어, 유리 기재층 또는 투명 고분자 기재층 등과 같은 투광성 기재층이 사용될 수 있다. 유리 기재층으로는, 소다석회 유리, 바륨/스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노 규산 유리, 붕규산 유리, 바륨 붕규산 유리 또는 석영 등의 기재층이 예시될 수 있고, 고분자 기재층으로는, PI(polyimide), PEN(Polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate), 아크릴 수지, PET(poly(ethylene terephthatle)), PES(poly(ether sulfide)), PS(polysulfone), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 또는 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI) 등을 포함하는 기재층이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 제조방법에서, 각 층을 마련하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 하나의 예시에서, 상기 전극층 및 제1 전기변색층 각각을 인접하는 층에 마련하는 단계는 증착법, 예를 들어, 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)이나 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)에 의해 이루어질 수 있다. 사용가능한 물리기상 증착법으로는 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE) 또는 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 등을 예로 들 수 있고, 화학 기상 증착법으로는 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 또는 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 등을 예로 들 수 있으나 이에 제한되는 것으 아니다.

하나의 예시에서, 상기 제1 전기변색층은 전자-빔 증착에 의해 제1 전극층 상에 마련될 수 있다. 보다 구체적으로, 전자-빔 증착시 WO₃ 소스를 고전압 6.03 kV, 0.5 nm/sec 증착속도(Depo rate)로 셋팅하여 제1 전기변색층을 마련할 수 있다.

또 하나의 예시에서, 상기 제2 전기변색층은 스퍼터링 증착에 의해 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, DC 스퍼터를 이용하여 텅스텐(W) 타겟에 플라즈마를 형성한 후, Ar 및 O₂ 가스를 챔버내에 주입시키고, Reactive 반응을 통해 제조할 수 있다. 이 때, 스퍼터 증착시 압력은 2 mTorr 내지 30 mTorr로 유지될 수 있고, 공정압이 낮을 수록 증착 밀도를 높일 수 있다.

하나의 예시에서, 본 출원의 제조방법은 상기 제1 전기변색층과 제2 전기변색층 사이에 전해질층을 마련하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 전해질층의 구체적인 종류는 상기 언급된 바와 같다. 또한, 상기 전해질층을 마련하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 방법에 의해 자유롭게 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질층이 겔 타입 고분자 전해질인 경우, 전해질 조성물에 광원을 조사한 후 경화하여 전해질층을 마련할 수 있다.

본 출원은 발색 특성이 동일한 전기변색물질을 제1 전기변색층과 제2 전기변색층에 동시에 사용하면서도, 전기변색소자에서 요구되는 광학 특성을 구현하는 전기변색소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 출원은 제1 전기변색층과 제2 전기변색층에 사용되는 적층 재료를 동일하게 사용하기 때문에, 전기변색 소자의 공정 편의성을 개선할 수 있다.

도 1은 실시예 착색 및 탈색시 소자의 광 특성 변화를 촬영한 것이다. 도 1에서, 파란색 점선으로 표시된 영역은 전자-빔 증착에 의해 형성된 WO₃층이고, 빨간색 점으로 표시된 영역은 스퍼터 증착에 의해 형성된 WO₃층을 의미한다. 또한, “좌측 이미지의 Bleached”는 리튬이온이 스퍼터 증착으로 형성된 WO₃층으로 이동하여 전자빔 샘플 보다 착색 정도가 약한 특성을 만들어 소자가 탈색된 듯한 투명한 효과를 나타내는 상태를 촬영한 것이고, “우측 이미지의 Colored”는 그 반대의 경우로 소자가 착색된 효과를 나타내는 상태를 촬영한 것이다.

이하, 실시예를 통해 본 출원을 상세히 설명한다. 그러나 본 출원의 보호범위가 하기 설명되는 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

전기변색부의 제조

실시예

제1 전기변색층의 형성: 유리 기판 상에 형성된 ITO 전극 상에, e-Beam 증착을 통해 WO₃ 층을 형성하였다. WO₃ 층의 두께는 400 nm 이고, WO₃의 증착 밀도는 5.8 ± 0.1 g/cm³ 로 측정되었다.

제2 전기변색층 형성: 유리 기판 상에 형성된 ITO 전극 상에, WO₃를 스퍼터링 증착을 통해 증착하였다. 스퍼터링 증착시, 압력을 5 mTorr로 제어하였다. 형성된 WO₃층의 두께는 15 nm 이고, WO₃의 증착 밀도는 6.5 ± 0.1 g/cm³ 로 측정되었다.

실험례 : 소자의 구동 특성 및 광학 특성 측정

액상 전해질을 담은 용기에, 상기 제1 및 제2 전기변색부를 고정시킨 후, 착색 및 탈색 전압으로 ± 2 V전압을 인가하면서, potentiostat 장비(Princeton Applied Research, PMC-1000) 및 UV-vis spectrometer 장비(Solidspec 3700)를 이용하여소자의 구동특성 및 광학특성을 온도에서 측정하였다. 도 1은 실시예 1의 광학 특성 변화를 촬영한 것이고, 그래프 1은 실시예의 구동 특성 도시한 것이다.

[그래프 1]

상기 그래프 1에서 보이는 바와 같이, 본 출원의 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층을 포함하는 전기변색소자는, 일정 주기 동안, 소자의 착색 및 탈색 효과를 충분히 발휘할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

Claims

대향 배치된 2개의 전극층; 제1 전기변색층; 전해질층; 및 제2 전기변색층을 포함하는 전기변색소자이고, 상기 제1 전기변색층과 제2 전기변색층은 동일한 발색특성을 갖는 전기변색물질을 포함하고, 상기 제1 전기변색층과 제2 전기변색층은 박막특성이 상이한 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 박막특성은 증착밀도이고, 상기 제1 전기변색층의 증착밀도(d₁)는 3.0 g/cm³ 내지 7.0 g/cm³이고, 상기 제2 전기변색층의 증착밀도(d₂)는 5.0 g/cm³ 내지 8.0 g/cm³인 전기변색소자.
제2항에 있어서, 상기 제2 전기변색층의 증착밀도가 상기 제1 전기변색층의 증착밀도 보다 크고, 상기 제2 전기변색층과 제1 전기변색층의 증착 밀도 차이(d_△)가 0.1 g/cm³ 내지 1.0 g/cm³ 인 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 동일한 전기변색 물질을 포함하고, 상기 전기변색 물질은 Ti, Nb, Mo, Ta 및 W 중에서 선택된 금속 중 어느 하나 이상의 산화물인 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 동일한 전기변색 물질을 포함하고, 상기 전기변색 물질은 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 및 Ir 중에서 선택된 금속 중 어느 하나 이상의 산화물인 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 제1 전기변색층은 2 nm 내지 800 nm의 두께를 갖고, 착색시 가시광선에 대한 투과율이 2 % 내지 10 % 이고, 탈색시 가시광선에 대한 투과율이 75 % 내지 95 %인 전기변색소자.
제6항에 있어서, 상기 제1 전기변색층은 100 nm 내지 450 nm의 두께를 갖는 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 제2 전기변색층은 2 nm 내지 800 nm 의 두께를 갖고, 착색시 가시광선에 대한 투과율이 20 % 내지 40 % 이고, 탈색시 가시광선에 대한 투과율이 75 % 내지 95 %인 전기변색소자.
제8항에 있어서, 상기 제2 전기변색층은 5 nm 내지 80 nm 의 두께를 갖는 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 전해질층은 액상 전해질, 겔 타입 고분자 전해질 또는 무기 고체 전해질 중 어느 하나를 포함하는 전기변색소자.
제10항에 있어서, 상기 전해질은 H⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, 또는 Cs⁺ 를 포함하는 화합물 중 하나 이상의 화합물을 전해질 이온으로 포함하는 전기변색소자.
제11항에 있어서, 상기 전해질은 카보네이트 화합물을 추가로 포함하고, 상기 카보네이트 화합물은 PC(propylene carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate) 및 EMC(ethylmethyl carbonate) 중에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 전기변색소자.
제10항에 있어서, 상기 무기 고체 전해질은 LiPON 또는 Ta₂O₅을 포함하는 전기변색소자.
제13항에 있어서, 상기 무기 고체 전해질은 B, S 또는 W를 추가로 포함하는 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 전해질층은 그 두께가 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 이고, 가시광선 영역의 파장에 대한 투과율이 80 % 내지 95 %인 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 전극층은, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO, OMO(Oxide/Metal/Oxide) 및 CTO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 전극물질을 포함하는 전기변색소자.
제16항에 있어서, 상기 전극층은 그 두께가 1 nm 내지 500 nm 이고, 가시광선 영역의 파장에 대한 투과율이 70% 내지 95% 인 전기변색소자.
제1 전극층 상에, 3.0 g/cm³ 내지 7.0 g/cm³ 범위의 전기변색물질 증착밀도를 갖는 제1 전기변색층을 마련하는 단계; 및
제2 전극층 상에, 5.0 g/cm³ 내지 8.0 g/cm³ 범위의 전기변색물질 증착밀도를 갖는 제2 전기변색층을 마련하는 단계를 포함하고,
상기 제1 전기변색층에 증착되는 전기변색물질과 제2 전기변색층에 증착되는 전기변색물질은 동일한 발색특성을 갖고, 상기 제1 전극층 상에 증착되는 전기변색물질과 상기 제2 전극층 상에 증착되는 전기변색물질의 증착 밀도는 서로 상이한 전기변색소자의 제조방법.
제18항에 있어서, 제1 전기변색층 및 제2 전기변색층은 증착법에 의해 마련되는 전기변색소자의 제조방법.
제18항에 있어서, 상기 제1 전기변색층은 전자-빔 증착법에 의해 제1 전극층 상에 마련되고, 상기 제2 전기변색층은 스퍼터링 증착법에 의해 제2 전극층 상에 마련되는 전기변색소자의 제조방법.
제18항에 있어서, 상기 제1 전기변색층과 제2 전기변색층 사이에 전해질층을 마련하는 단계를 추가로 포함하는 전기변색소자의 제조방법.