KR20180058275A - 환원 전극 구조체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기 변색 거울 - Google Patents

환원 전극 구조체, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 전기 변색 거울 Download PDF

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Abstract

전기 변색 거울은 환원 전극 구조체, 및 환원 전극 구조체와 대향하는 산화 전극 구조체를 포함하되, 환원 전극 구조체는 기판, 기판 상의 반사층, 반사층 상의 전기 변색층, 및 반사층과 전기 변색층 사이에 제공되는 투명 전도성 막을 포함하고, 반사층은 전기 변색층으로부터 이격된다.

Description

전기 변색 거울{ELECTROCHROMIC MIRROR}
본 발명은 전기 변색 거울에 관한 것으로, 구체적으로 반사 성능이 향상된 전기 변색 거울에 관한 것이다.
전기변색 물질은 재료의 산화/환원에 의해 색상 및 투과도가 변화하는 물질이다. 재료의 이러한 특성을 이용하면, 전기장의 인가에 의해 빛의 반사율을 제어할 수 있는 전기 변색 거울이 형성될 수 있다. 전기 변색 거울은 자동차 등에 적용되어 운전자의 눈부심을 줄여줄 수 있다. 전기 변색 거울에는 액상 전기변색 물질을 이용하는 방법과 박막 형태의 고상 전기변색 물질을 이용하는 방법이 있을 수 있다. 액상 전기변색 물질을 이용하는 방법은 전기변색 물질들이 용해된 전해질 양단에 거울 반사를 하는 Ag 등의 금속전극과 투명 전극을 배치하는 방식이다. 박막 형태의 고상 전기변색 물질을 이용하는 방법은 산화물 전기변색 물질을 한쪽 전극에 배치하고 반대 특성을 가지는 전기변색 물질은 전해질에 용해시켜 사용하는 방식이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 반사율이 최대화된 전기 변색 거울을 제공하는 것에 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 전기 변색 거울은 환원 전극 구조체; 및 상기 환원 전극 구조체와 대향하는 산화 전극 구조체를 포함하되, 상기 환원 전극 구조체는: 기판; 상기 기판 상의 반사층; 상기 반사층 상의 전기 변색층; 및 상기 반사층과 상기 전기 변색층 사이에 제공되는 투명 전도성 막을 포함하고, 상기 반사층은 상기 전기 변색층으로부터 이격될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 반사층 상에 보호층이 제공되어, 반사층의 산화를 방지할 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 거울의 반사 성능이 최대화될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 전기 변색 거울의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 환원 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 도 2에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 환원 전극 구조체의 파장별 반사율을 측정한 그래프이다.
본 발명의 기술적 사상의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명 기술적 사상은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 기술적 사상의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상의 이상적인 예시도인 개념도 및 순서도를 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 다양한 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 전기 변색 거울의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 환원 전극 구조체(100)가 제공될 수 있다. 환원 전극 구조체(100)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상의 반사층(120), 반사층(120) 상의 보호층(130) 및 보호층(130) 상의 전기 변색층(140)을 포함할 수 있다.
제1 기판(110)은 반사층(120)을 고정시킬 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 제1 기판(110)은 글래스(glass) 또는 플라스틱일 수 있다. 반사층(120)은 빛을 반사하는 막을 포함할 수 있다. 반사층(120)은 도전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반사층(120)은 은(Ag)을 포함할 수 있다. 반사층(120)은 전원(10)에 전기적으로 연결될 수 있다.
보호층(130)은 반사층(120)의 상면을 덮을 수 있다. 보호층(130)은 제1 기판(110)의 상면(110u)에 수직한 방향을 따른 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 보호층(130)의 두께는 약 100 나노미터(nm) 이하일 수 있다. 보호층(130)은 투명 전도성 막을 포함할 수 있다. 이에 따라, 보호층(130)으로 입사되는 빛이 보호층(130)을 투과하여 반사층(120)에 도달할 수 있다. 보호층(130)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층(130)은 인듐주석산화물(indium-tin-oxide, ITO) 또는 불소가 도핑된 산화주석(Fluorine-doped Tin Oxide)을 포함할 수 있다. 보호층(130)은 반사층(120)에 전기적으로 연결되어, 전압을 인가받을 수 있다.
전기 변색층(140)은 반사층(120)으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 전기 변색층(140)은 보호층(130)을 사이에 두고 반사층(120)으로부터 이격될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전기 변색층(140)은 보호층(130)의 상면의 일부를 덮을 수 있다. 즉, 전기 변색층(140)은 보호층(130)의 상면의 전부를 덮지 않을 수 있다. 예를 들어, 전기 변색층(140)은 보호층(130)의 상면의 중심 영역을 덮고, 보호층(130)의 상면의 가장자리 영역은 덮지 않을 수 있다. 전기 변색층(140)은 보호층(130)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 변색층(140)은 환원될 때 착색되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 변색층(140)은 삼산화 텅스텐(WO3)을 포함할 수 있다. 전기 변색층(140)에 전자가 공급되지 않을 경우, 전기 변색층(140)은 투명한 상태일 수 있다. 전기 변색층(140)은 전자를 받으면(또는 전기 변색층(140)이 환원되면), 전기 변색층(140)은 투명한 상태에서 색을 갖는 상태로 변할 수 있다. 반대로, 전기 변색층(140)은 전자를 뺏기면(또는 전기 변색층(140)이 산화되면), 전기 변색층(140)은 다시 투명한 상태로 변할 수 있다.
환원 전극 구조체(100)와 대향하는 산화 전극 구조체(200)가 제공될 수 있다. 산화 전극 구조체(200)는 제2 기판(210) 및 제2 기판(210) 상의 투명 전극(220)을 포함할 수 있다. 제2 기판(210)은 투명 전극(220)을 고정시킬 수 있다. 제2 기판(210)은 투명 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(210)은 글래스(glass) 또는 투명 플라스틱을 포함할 수 있다. 투명 전극(220)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 전극(220)은 인듐주석산화물(indium-tin-oxide, ITO) 또는 불소가 도핑된 산화주석(Fluorine-doped Tin Oxide)을 포함할 수 있다. 투명 전극(220)은 전원(10)에 전기적으로 연결되어, 전압을 인가받을 수 있다.
환원 전극 구조체(100)와 산화 전극 구조체(200) 사이에 전해질(300)이 제공될 수 있다. 전해질(300)은 투명 전극(220)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전해질(300)은 산화 변색 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 투명 전극(220)에 전압이 인가되지 않은 경우, 전해질(300)은 투명한 상태를 가질 수 있다. 투명 전극(220)에 전압이 인가되어 전해질(300) 내의 산화변색물질이 전자를 투명 전극(220)에 뺏길 경우(또는 전해질(300) 내의 산화변색물질이 산화될 경우), 전해질(300)은 착색될 수 있다. 반대로, 전해질(300) 내의 산화변색물질이 전자를 투명 전극(220)으로부터 공급받을 경우(또는 전해질(300) 내의 산화변색물질이 환원될 경우), 전해질(300)은 다시 투명해질 수 있다. 전해질(300)은 액체 상태 또는 겔(gel) 상태를 가질 수 있다.
전기 변색층(140) 및 전해질(300)을 밀봉하는 하우징(20)이 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 하우징(20)은 보호층(130)의 상면의 가장자리 영역 상에 제공될 수 있다. 하우징(20)은 환원 전극 구조체(100)의 일 단부(102)로부터 시프트(shift)될 수 있다. 즉, 환원 전극 구조체(100)의 일 단부(102)는 하우징(20)으로부터 돌출될 수 있다. 환원 전극 구조체(100)의 일 단부(102)는 전원(10)과 전기적으로 연결되는 부분일 수 있다. 예를 들어, 환원 전극 구조체(100)의 일 단부(102)에서 반사층(120)이 전원(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하우징(20)은 산화 전극 구조체(200)의 일 단부(202)로부터 시프트될 수 있다. 즉, 산화 전극 구조체(200)의 일 단부(202)는 하우징(20)으로부터 돌출될 수 있다. 산화 전극 구조체(200)의 일 단부(202)는 전원(10)과 전기적으로 연결되는 부분일 수 있다. 예를 들어, 산화 전극 구조체(200)의 일 단부(202)에서 투명 전극(220)이 전원(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하우징(20)은 전기 변색층(140)의 측벽을 덮을 수 있다. 하우징(20)은 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징(20)은 불투명 플라스틱을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 환원 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 3은 도 2에 따른 제조 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 설명의 간결함을 위하여, 도 1을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 챔버(1000) 내에 차례로 적층된 제1 기판(110), 반사층(120) 및 보호층(130)이 준비될 수 있다.(S100) 챔버(1000)의 내부는 실질적으로 진공 상태일 수 있다. 제1 기판(110), 반사층(120) 및 보호층(130)은 도 1을 참조하여 설명된 제1 기판(110)과 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110), 반사층(120) 및 보호층(130)은 각각 글래스(glass), 은(Ag) 및 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다.
보호층(130) 상에 전기 변색층(140)이 형성될 수 있다. 전기 변색층(140)은 도 1을 참조하여 설명된 전기 변색층(140)과 실질적으로 동일할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 전기 변색층(140)은 반응 스퍼터링(reactive Sputtering) 공정을 통해 형성될 수 있다.(S200) 이하에서, 반응 스퍼터링 공정을 통한 전기 변색층(140)의 형성 공정이 설명된다.
챔버(1000) 내부에 스퍼터링 타겟(400)이 준비될 수 있다. 스퍼터링 타겟(400)은 보호층(130)의 상면과 마주볼 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 스퍼터링 타겟(400)은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 챔버(1000) 내부에 플라즈마(미도시)가 형성될 수 있다. 플라즈마는 스퍼터링 타겟(400)과 충돌하여, 타겟 물질(미도시)(예를 들어, 텅스텐(W))을 스퍼터링 타겟(400)으로부터 분리시킬 수 있다. 챔버(1000) 내부에 반응성 가스(500)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 반응성 가스(500)는 산소(O2)를 포함할 수 있다. 타겟 물질(예를 들어, 텅스텐(W))은 반응성 가스(500)(예를 들어, 산소(O2))와 반응하여 전기 변색 물질(142)(예를 들어, 삼산화 텅스텐(WO3))을 형성할 수 있다. 전기 변색 물질(142)은 보호층(130) 상에 증착되어, 전기 변색층(140)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 전기 변색층(140)은 삼산화 텅스텐(WO3)을 포함할 수 있다.
반사층(120) 상에 보호층(130)이 제공되지 않는 경우, 전기 변색층(140)을 형성하는 공정(예를 들어, 반응 스퍼터링 공정)을 수행하는 동안 반사층(120)은 반응성 가스(500)에 직접 접촉할 수 있다. 반응성 가스(500)가 산소 가스를 포함하는 경우, 반사층(120)은 산화될 수 있다. 예를 들어, 은(Ag)을 포함하는 반사층(120)은 산소 가스를 포함하는 반응성 가스(500)와 접촉하여 산화될 수 있다. 일반적으로, 은(Ag)을 포함하는 반사층(120)이 산화될 경우, 반사층(120)의 반사 성능이 열화될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 보호층(130)이 반사층(120) 상에 제공되어 반응성 가스(500)와 반사층(120)의 접촉을 방지할 수 있다. 반사층(120)은 전기 변색층(140)을 형성하는 공정(예를 들어, 반응 스퍼터링 공정)을 수행하는 동안 산화되지 않을 수 있다. 반사층(120)의 반사 성능의 열화가 방지될 수 있다. 이에 따라, 보호층(130)이 제공되는 경우 반사층(120)의 반사율이 최대화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 환원 전극 구조체의 파장별 반사율을 측정한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 4개의 환원 전극 구조체의 파장별 반사율이 측정되었다. 1번 그래프는 차례로 적층된 글래스 기판, 150 나노미터(nm)의 두께를 갖는 은(Ag) 반사층, 200 나노미터(nm)의 두께를 갖는 삼산화 텅스텐(WO3) 전기 변색층을 포함하는 환원 전극 구조체의 파장별 반사율이다. 2번 그래프는 차례로 적층된 글래스 기판, 150 나노미터(nm)의 두께를 갖는 은(Ag) 반사층, 7 나노미터(nm)의 두께를 갖는 ITO 보호층, 200 나노미터(nm)의 두께를 갖는 삼산화 텅스텐(WO3) 전기 변색층을 포함하는 환원 전극 구조체의 파장별 반사율이다. 3번 그래프는 차례로 적층된 글래스 기판, 150 나노미터(nm)의 두께를 갖는 은(Ag) 반사층, 14 나노미터(nm)의 두께를 갖는 ITO 보호층, 200 나노미터(nm)의 두께를 갖는 삼산화 텅스텐(WO3) 전기 변색층을 포함하는 환원 전극 구조체의 파장별 반사율이다. 4번 그래프는 차례로 적층된 글래스 기판, 150 나노미터(nm)의 두께를 갖는 은(Ag) 반사층, 21 나노미터(nm)의 두께를 갖는 ITO 보호층, 200 나노미터(nm)의 두께를 갖는 삼산화 텅스텐(WO3) 전기 변색층을 포함하는 환원 전극 구조체의 파장별 반사율이다.
ITO 보호층이 제공되지 않는 경우, 파장별 반사율은 약 30 % 이하임을 확인할 수 있다. ITO 보호층이 제공되는 경우, 파장별 반사율은 약 45 % 내지 약 100 % 임을 확인할 수 있다. 따라서, ITO 보호층이 제공되지 않는 경우보다 ITO 보호층이 제공되는 경우 파장별 반사율이 높을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
10: 전원
100: 환원 전극 구조체
110: 제1 기판
120: 반사층
130: 보호층
140: 전기 변색층
142: 전기 변색 물질
200: 산화 전극 구조체
210: 제2 기판
220: 투명 전극
300: 전해질
400: 스퍼터링 타겟
500: 반응성 가스
1000: 챔버

Claims (1)

  1. 환원 전극 구조체; 및
    상기 환원 전극 구조체와 대향하는 산화 전극 구조체를 포함하되,
    상기 환원 전극 구조체는:
    기판;
    상기 기판 상의 반사층;
    상기 반사층 상의 전기 변색층; 및
    상기 반사층과 상기 전기 변색층 사이에 제공되는 투명 전도성 막을 포함하고,
    상기 반사층은 상기 전기 변색층으로부터 이격되는 전기 변색 거울.
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