KR20180136726A - 전기변색소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층, 상기 제1 변색물질층 상에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층, 상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판, 그리고 상기 제1 전극의 양면 중 한면 및 상기 제2 전극의 양면 중 한면 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 제1 전극의 면적 및 상기 제2 전극의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 제3 전극을 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전도성 재료를 포함하는 투명전극이며, 상기 제3 전극은 CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 시드층, 상기 시드층 상에 배치되고 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 금속층, 그리고 상기 금속층 상에 배치되고 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층을 포함한다.

Description

전기변색소자{ELECTROCHROMISM ELEMENT}
본 발명은 전기변색소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기변색소자에 포함되는 전극에 관한 것이다.
전기변색(Electrochromism)이란 전압을 인가하면 전계방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상으로서, 이러한 특성을 지닌 전기화학적 산화환원반응에 의해서 재료의 광특성이 가역적으로 변할 수 있는 물질을 전기변색물질이라고 한다. 이러한 전기변색물질은 외부에서 전기적 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠지 않고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색이 소멸하는 특성을 가진다.
전기변색소자는 전기화학적 산화환원반응에 의하여 전기변색물질의 광투과도가 변하는 현상을 이용한 소자로서, 건축용 창유리나 자동차 미러, 디스플레이의 광투과도 또는 반사도를 조절하는 용도로 이용되고 있으며, 최근에는 가시광선 영역에서의 색변화뿐만 아니라 적외선 차단효과까지 있다는 것이 알려지면서 에너지 절약형 제품으로의 응용 가능성에 대해서도 큰 관심을 받고 있다.
전기변색소자의 성능은 전기변색속도에 따라 좌우될 수 있으며, 전기변색속도를 개선하기 위하여 보조전극을 더 배치하고자 하는 시도가 있다.
도 1은 전기변색소자의 한 예이다.
도 1을 참조하면, 전기변색소자(10)는 서로 대향하여 배치되는 투명전극(12), 양 투명전극(12) 사이에 서로 대향하여 배치되는 변색물질층(14) 및 양 변색물질층(14) 사이에 배치되는 전해질층(16)을 포함한다.
도시된 바와 같이, 양 투명전극(12) 상에는 변색속도 개선을 위하여 보조전극(18)이 더 배치되어 있다. 이때, 보조전극(18)이 전해질층(16)에 노출되는 경우, 보조전극(18) 내 양이온이 전해질층(16)의 산소와 결합하여 산화되는 문제를 방지하기 위하여, 폴리머를 포함하는 패시베이션(passivation)층(20)을 더 형성할 필요가 있다. 다만, 패시베이션층(20)으로 인하여, 보조전극(18)이 실질적으로 차지하는 면적이 커지게 되며, 이는 시인성 및 선저항 측면에서 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기변색소자 및 그의 전극을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층, 상기 제1 변색물질층 상에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층, 상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판, 그리고 상기 제1 전극의 양면 중 한면 및 상기 제2 전극의 양면 중 한면 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 제1 전극의 면적 및 상기 제2 전극의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 제3 전극을 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전도성 재료를 포함하는 투명전극이며, 상기 제3 전극은 CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 시드층, 상기 시드층 상에 배치되고 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 금속층, 그리고 상기 금속층 상에 배치되고 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층을 포함한다.
상기 시드층의 두께는 10 내지 300nm이고, 상기 금속층의 두께는 0.1 내지 20㎛이며, 상기 패시베이션층의 두께는 10 내지 300nm일 수 있다.
상기 제3 전극은 상기 제1 전극 상에서 상기 제1 변색물질층에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 패시베이션층은 상기 시드층의 측면 및 상기 금속층의 측면에 더 배치될 수 있다.
상기 제3 전극은 상기 제1 기판 및 상기 제1 전극 사이에 배치되며, 상기 제3 전극의 측면은 폴리머로 채워질 수 있다.
상기 시드층은 상기 금속층의 측면에 더 배치될 수 있다.
상기 금속층은 Cu, Ag, Au, Ni및 Cr 중 하나를 포함하는 제1 금속층, 그리고 상기 제1 금속층 상에 배치되며 Cu, Ag, Au, Ni및 Cr 중 다른 하나를 포함하는 제2 금속층을 포함할 수 있다.
상기 금속층 및 상기 패시베이션층은 전해도금될 수 있다.
상기 제3 전극의 폭에 대한 두께의 비는 1:1.1 내지 2일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 전극은 투명 전도성 재료를 포함하는 투명전극, 그리고 상기 투명전극의 양면 중 한면에 배치되며, 상기 투명전극의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 패턴전극을 포함하며, 상기 패턴전극은 CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 시드층, 상기 시드층 상에 배치되고 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 금속층, 그리고 상기 금속층 상에 배치되고 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시인성 및 변색 속도가 높은 전기변색소자를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 폭 대비 두께 비가 큰 버스 전극을 얻을 수 있으므로, 전기변색소자의 시인성을 개선할 수 있으며, 낮은 선저항으로 인하여 높은 변색 속도를 얻는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자의 전극은 반복 구동에도 불구하고 쉽게 산화되지 않으며, 이에 따라 내구성 및 신뢰도가 높은 전기변색소자를 얻을 수 있다.
도 1은 전기변색소자의 한 예이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제3 전극을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이다.
도 5는 도 4의 제3 전극을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이다.
도 9는 도 8의 제3 전극을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이다.
도 11은 도 10의 제3 전극을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 12는 비교예 및 실시예에 따른 전기변색소자의 성능을 비교한 결과를 나타낸다.
도 13은 패드부와 제3 전극에 포함되는 시드층에 관한 다양한 실시예를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 전기변색소자(100)는 서로 대향하여 배치되는 제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120), 제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120)에 각각 배치되며, 서로 대향하여 배치되는 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140), 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 중 하나에 배치되는 제1 변색물질층(150), 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 중 나머지 하나에 배치되는 제2 변색물질층(160), 그리고 제1 변색물질층(150) 및 제2 변색물질층(160) 사이에 배치되는 전해질층(170)을 포함한다.
제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120)은 투과도(T%)가 98%이상인 투명 기판이며, 유리, 플라스틱 또는 연성의 고분자 필름일 수 있다. 예를 들어, 연성의 고분자 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate, PEN), 폴리에테르술폰(Polyether Sulfone, PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic Olefin Copolymer, COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene, PS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이는 하나의 예시일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 제1 변색물질층(150), 제2 변색물질층(160) 및 전해질층(170)은 전압을 가하면 색상이 변하는 전기변색 원리를 이용하여 외부로부터의 전압 인가에 의해 가역적으로 색이 변하거나 투과율이 변하는 소자를 포함한다. 제1 변색물질층(150), 제2 변색물질층(160) 및 전해질층(170)의 총 두께는 10 내지 500㎛, 바람직하게는 20 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 200㎛일 수 있다. 제1 변색물질층(150), 제2 변색물질층(160) 및 전해질층(170)의 총 두께가 10㎛ 미만인 경우, 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 간의 맞닿음으로 인해 합선이 될 가능성이 있고, 제1 변색물질층(150), 제2 변색물질층(160)) 및 전해질층(170)의 총 두께가 500㎛를 초과하는 경우, 전기전도도가 감소하여 반응 속도가 느려질 수 있다.
제1 변색물질층(150) 및 제2 변색물질층(160)은 변색 또는 소색 성능이 우수하고, 응답속도가 우수하며, 내구성을 유지할 수 있고, 메모리 효과가 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 변색물질층(150)은 산화반응을 하는 산화 변색층이고, 제2 변색물질층(160)은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있다.
제1 변색물질층(150) 및 제2 변색물질층(160)은 유기계 변색물질 및 무기계 변색물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색특성을 갖는 물질을 의미하며, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라 가역적으로 전기변색물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다. 유기계 변색물질은, 예를 들어 비올로겐, 안트라퀴논, 폴리피롤 및 폴리싸이오펜, 폴리안트라센, 폴리플루오렌, 폴리카바졸, 폴리페닐비닐렌 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으며, 무기계 변색물질은, 예를 들어 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐, 몰리브덴, 망간, 티타튬, 세륨 및 니오븀의 산화물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 또는, 변색물질은 프루시안 블루(Prussian blue, PB), 프루시안 블루 아날로그(PB analog, PBA)일 수도 있다. WO3는 환원 변색층에 포함되는 변색물질이고, NiO는 산화 변색층에 포함되는 변색물질일 수 있다.
그리고, 전해질층(170)은 높은 이온전도도, 우수한 내온성, 우수한 적층 밀착성을 갖는 젤, 고체 또는 액체 전해질 재료를 포함할 수 있다. 전해질 재료는, 예를 들어 PMMA(poly(methyl methacrylate)) 수지, PC(polycarbonate) 수지 또는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다. 또는, 전해질층(170)은 이온성 액체 및 금속염을 포함할 수도 있다. 여기서, 이온성 액체에 포함되는 양이온으로는 암모늄(ammonium), 이미다졸륨(imidazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 피페리디늄(piperidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리디늄(pyridinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피롤리디늄, (pyrrolidinium), 피롤리늄(pyrrolinium), 피롤륨(pyrrolium), 티아졸륨(thiazolium), 트리아졸륨(triazolium) 등일 수 있으며, 음이온으로는 할로겐족, BF4 -, PF6 -, 설포네이트계[(SO2R)O]-, 이미드계[(SO2R)2N]-, 메티드계[(SO2R)3C]-등일 수 있다. 여기서, R은 할로겐족, CF3, C2F5 및 기타 전자쌍을 받을 수 있는 아릴 또는 알킬치환체일 수 있다. 그리고, 금속염은 리튬 이온일 수 있다.
전해질층(170)이 이온성 액체 및 금속염을 포함할 경우, 이온성 액체의 낮은 증기압, 비가연성, 전기화학적 안정성 및 상온에서의 높은 이온전도도로 인하여 빠른 변색속도를 얻는 것이 가능하다.
그리고, 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 각각은 광의 투과를 방해하지 않으면서 전기가 흐를 수 있는 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다. 투명 전도성 재료는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IZO(Indiun Zinc Oxide), 구리 산화물(tin oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide) 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 투명 전도성 재료는, 나노와이어, 감광성 나노와이어 필름, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene) 또는 이들의 혼합물과 같은 나노 파우더 합성체를 포함할 수도 있다. 여기서, 나노 파우더의 함량 제어를 통해 전기전도도를 확보하면서, 색 및 반사율 제어가 가능하다. 또는, 투명 전도성 재료는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 각각은 필름 형상일 수 있으며, 빛에 대한 투과율이 80% 이상일 수 있다.
설명의 편의를 위하여 제1 투명기판(110), 제2 투명기판(120)을 예시하고, 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140)을 예시하였으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 응용 예에 따라서는, 제1 기판(110)과 제1 전극(130) 측 및 제2 기판(120)과 제2 전극(140) 측 중 한 쪽만이 투명하게 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 투명전극(130)의 양 면 중 한 면 및 제2 투명전극(140)의 양 면 중 한 면 중 적어도 하나에 배치되며, 제1 투명전극(130)의 면적 및 제2 투명전극(140)의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 제3 전극(200)을 더 포함할 수 있다. 제3 전극(200)은 버스 전극 또는 패턴 전극과 혼용될 수 있으며, 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 중 적어도 하나와 접촉하여 배치되어, 전기변색소자의 변색 속도를 높이는 역할을 할 수 있다.
특히, 도 2를 참조하면, 제3 전극(200)은 제1 투명전극(130)의 한 면 상에서 제1 변색물질층(150)과 인접하도록 배치될 수 있다. 본 명세서에서, 도 2와 같은 구조의 제3 전극(200)을 양각으로 형성된 제3 전극이라 지칭할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제3 전극을 설명하는 도면이다.
도 3(a)에서는 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극이 거의 직각을 이루는 메쉬 형상으로 배치되는 것을 예로 들고 있고, 도 3(b)에서는 복수의 배선이 소정 간격으로 이격되어 평행하는 형상으로 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극 간의 각도(θ)는 45° 내지 135°일 수 있다. 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극 간의 각도(θ)가 이러한 수치 범위 이내인 경우, 무아레(moire)를 방지할 수 있다. 또는, 복수의 가로 전극 또는 복수의 세로 전극은 서로 평행하지 않을 수도 있으며, 랜덤하게 배치되는 무정형 형상일 수도 있다.
보다 상세하게, 메쉬 형상의 각 배선은 메쉬선(LA) 및 메쉬선(LA) 사이의 메쉬 개구부(OA)를 포함할 수 있다. 메쉬 개구부(OA)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 메쉬 개구부(OA)는 사각형, 다이아몬드형, 오각형, 육각형 등의 다각형상 또는 원형 형상일 수 있다. 또는, 메쉬 개구부(OA)는 규칙적인(regular) 형상 또는 랜덤한(random) 형상일 수 있다.
이와 같이, 각 배선이 메쉬 형상을 가지면, 전기 변색 소자의 시인성이 개선될 수 있으며, 저항을 낮출 수 있다. 한편, 메쉬 형상의 배선은 양각 또는 음각 방식으로 형성될 수 있다.
이때, 제3 전극(200)의 형상이 복수의 평행하는 배선 또는 메쉬 형상에 관계 없이, 단위 면적 당 제3 전극(200)이 실제로 차지하는 면적은 0.4 % 내지 10%일 수 있다. 예를 들어, 10*10cm2당 제3 전극이 실제로 차지하는 면적은 0.4 내지 10cm2일 수 있다. 제3 전극(200)의 면적이 0.4 % 미만일 경우에는 버스 전극으로서의 효과가 미비할 수 있다. 또한, 제3 전극(200)의 면적이 10 % 를 초과하면 시인성이 저하될 수 있다.
여기서, 제3 전극(200)을 이루는 패턴의 폭(W)은 0.1 내지 100㎛, 바람직하게는 0.5 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 10㎛일 수 있고, 제3 전극(200)의 폭(W)에 대한 두께(T)의 비는 1:1.1 내지 2, 바람직하게는 1:1.2 내지 1.8, 더욱 바람직하게는 1:1.4 내지 1.5일 수 있다. 한편, 제3 전극(200)의 산화방지를 위하여 패시베이션층이 더 형성될 필요가 있다. 이에 따라, 제3 전극(200)을 이루는 패턴의 폭이 증가할수록 전기변색소자의 시인성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 이에 반해, 제3 전극(200)을 이루는 패턴의 폭이 좁아질수록, 제3 전극(200)의 선저항이 커지게 되어 변색속도에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라, 제3 전극(200)의 폭에 대한 두께의 비를 이상의 수치범위 내로 한정할 경우, 시인성뿐만 아니라 선저항 특성을 동시에 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이고, 도 5는 도 4의 제3 전극을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 도 2에서 도시한 바와 같이, 제1 투명기판(110), 제1 투명전극(130) 및 제3 전극(200)이 순차적으로 적층된다. 즉, 제3 전극(200)은 제1 투명전극(130)의 한면 상에서 양각으로 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 제1 투명전극(130) 상에 제3 전극(200)과 인접하여 배치되는 제1 변색물질층(150)은 생략되어 있다. 또한, 제1 투명기판(110) 및 제1 투명전극(130) 측에만 제3 전극(200)이 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제2 투명기판(120) 및 제2 투명전극(140) 측에 제3 전극(200)이 배치되거나, 제2 투명기판(120) 및 제2 투명전극(140) 측에 제3 전극(200)이 더 배치될 수도 있다.
제3 전극(200)은 시드층(210), 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 포함한다. 이때, 시드층(210)은 제1 투명전극(130) 상에 배치되고, 금속층(220)은 시드층(210) 상에 배치되며, 패시베이션층(230)은 금속층(220) 상에 배치되되, 시드층(210)의 측면 및 패시베이션층(230)의 측면에 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 패시베이션층(230)은 시드층(210) 및 금속층(220)이 전해질층(170)에 노출되는 것을 전면적으로 차단할 수 있다.
여기서, 시드층(210), 금속층(220) 및 패시베이션층(230) 중 적어도 하나 또는 제3 전극(200) 전체의 명도 지수(L*)는 60 이하, 바람직하게는 40 내지 60, 더욱 바람직하게는 45 내지 60일 수 있다. 명도 지수(L*)는 명도를 나타내는 수치로서, 100에 가까워질수록 흰색을 나타내고, 0에 가까워질수록 검정색을 나타내는 지수를 의미한다. 명도 지수(L*)가 이러한 수치 범위를 만족하는 경우, 제3 전극의 반작거림을 방지하여 시인성을 개선할 수 있다.
시드층(210)은 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 전해도금하기 위하여 증착된 층으로, CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시드층(210)이 CuO 또는 Cu2O를 포함하거나, Ni 및 Cr를 포함하는 경우, 시드층(210)이 흑갈색을 띄게 되어 반짝거림을 방지할 수 있고, 시인성을 개선할 수 있다. 이때, 시드층(210)의 두께는 10 내지 300nm, 바람직하게는 50 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다. 시드층(210)으로 인하여 금속층(220)은 소정 두께 이상, 예를 들어 수 ㎛이상으로 도금되는 것이 가능하며, 금속층(220)이 소정 두께 이상으로 형성될 경우 제3 전극(200)의 단면적이 커지게 되어 선저항이 개선되고, 변색속도가 빨라질 수 있다.
금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하며, 두께는 0.1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 10㎛일 수 있다. 버스 전극의 역할을 하는 금속층(220)이 이러한 두께로 형성되는 경우, 제3 전극(200)의 단면적이 커지게 되어 선저항이 낮아지게 되며, 변색속도가 빨라질 수 있다.
패시베이션층(230)은 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 패시베이션층(230)은 금속층(220)과 전해질층(170) 간의 접촉을 방지하여 금속층(220)의 산화를 방지할 수 있다. 이때, 패시베이션층(230)의 두께는 10 내지 300nm, 바람직하게는 50 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다. 패시베이션층(230)의 두께가 10nm 미만이면 패시베이션층(230)이 벗겨지기 쉬워지며, 이에 따라 금속층(220)이 전해질층(170)에 노출될 가능성이 증가하게 된다. 패시베이션층(230)의 두께가 300nm를 초과하면, 전기변색소자의 시인성에 영향을 미칠 수 있다.
도 4에 도시한 제3 전극을 형성하기 위하여, 도 5를 참조하면, 제1 투명기판(110) 상에 배치된 제1 투명전극(130)을 준비한 후(a), 제1 투명전극(130) 상에 시드층(210)을 형성한다(b). 이때, 시드층(210)은 CuO 또는 Cu2O를 포함하거나, Ni/Cr을 포함할 수 있으며, 1 내지 300nm의 두께로 증착될 수 있다. 시드층(210)은 무전해도금, 스퍼터링 또는 라미네이트 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 제1 투명전극(130)과 시드층(210) 간의 접합력을 높이기 위하여, 제1 투명전극(130) 표면에 디스미어 공정을 추가로 수행한 후, 시드층(210)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 포토레지스트를 이용하여 금속층(220)이 배치되기 위한 패턴을 형성한다(c). 도시되지 않았으나, 시드층(210) 상에 포토레지스트를 도포하고, 포토레지스트 상에 소정의 개구부를 포함하는 마스크를 배치한 후, 노광할 수 있다. 이에 따라, 금속층(220)이 배치되기 위한 패턴이 형성될 수 있다.
다음으로, 패턴 내에 금속층(220)을 도금한다(d). 이때, 금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 이용하여 전해도금 방식으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 포토레지스트에 의하여 형성된 패턴 내에 전해도금 방식으로 금속층(220)이 형성되는 경우, 수㎛, 예를 들어 5㎛ 이상의 두께로 증착되는 것이 가능하며, 이에 따라 금속층(220)의 폭 대비 두께 비를 1:1.1 내지 2로 형성하는 것이 가능하다.
다음으로, 남아있는 포토레지스트를 제거한 후(e), 소프트 에칭을 이용하여 금속층(220)이 증착되지 않고 노출되어 있는 시드층(210)을 제거한다(f).
다음으로, 시드층(210) 및 금속층(220)의 표면 상에 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층(230)을 형성한 후(g), 제1 변색물질층(150)을 형성한다. 이때, 패시베이션층(230)은 전해도금에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 도 6을 참조하면, 금속층(220)은 적층된 2 이상의 복수의 층을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 4와 동일한 구조를 가지되, 금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni및 Cr 중 하나를 포함하는 제1 금속층(222), 그리고 제1 금속층(222) 상에 배치되며 Cu, Ag, Au, Ni및 Cr 중 다른 하나를 포함하는 제2 금속층(224)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 금속층(220)이 복수의 층으로 적층되면, 금속층(220)의 두께를 크게 형성하는 것이 가능하며, 제3 전극(200)의 선저항을 조절하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이며, 도 9는 도 8의 제3 전극을 형성하는 방법을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제3 전극의 단면도이며, 도 11은 도 10의 제3 전극을 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 7을 참조하면, 전기변색소자(100)는 서로 대향하여 배치되는 제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120), 제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120)에 각각 배치되며, 서로 대향하여 배치되는 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140), 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 중 하나에 배치되는 제1 변색물질층(150), 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 중 나머지 하나에 배치되는 제2 변색물질층(160), 그리고 제1 변색물질층(150) 및 제2 변색물질층(160) 사이에 배치되는 전해질층(170)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 투명전극(130)의 양 면 중 한 면 및 제2 투명전극(140)의 양 면 중 한 면 중 적어도 하나에 배치되며, 제1 투명전극(130)의 면적 및 제2 투명전극(140)의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 제3 전극(200)을 더 포함할 수 있다. 제3 전극(200)은 버스 전극 또는 패턴 전극과 혼용될 수 있으며, 제1 투명전극(130) 및 제2 투명전극(140) 중 적어도 하나와 접촉하여 배치되어, 전기변색소자의 변색 속도를 높이는 역할을 할 수 있다.
특히, 도 7을 참조하면, 제3 전극(200)은 제1 투명기판(110) 및 제1 투명전극(130) 사이에 배치되며, 제3 전극(200)의 측면은 폴리머로 채워질 수 있다. 본 명세서에서, 도 7과 같은 구조의 제3 전극(200)을 음각으로 형성된 제3 전극이라 지칭할 수도 있다.
이하, 전기변색소자(100)에 대하여 도 2 내지 6과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 8을 참조하면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제1 투명기판(110), 제3 전극(200) 및 제1 투명전극(130)이 순차적으로 적층되며, 제1 투명기판(110)과 제1 투명전극(130) 사이의 공간 중 제3 전극(200)이 배치되지 않은 영역은 폴리머(300)로 채워진다. 설명의 편의를 위하여, 제1 투명기판(110) 및 제1 투명전극(130) 측에만 제3 전극(200)이 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제2 투명기판(120) 및 제2 투명전극(140) 측에 제3 전극(200)이 배치되거나, 제2 투명기판(120) 및 제2 투명전극(140) 측에 제3 전극(200)이 더 배치될 수도 있다.
여기서, 폴리머(300)는, 예를 들어 실리콘계 폴리머 수지를 포함할 수 있다. 폴리머(300)의 높이와 제3 전극(200)의 높이가 동일한 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 폴리머(300)의 높이는 제3 전극(200)의 높이보다 클 수 있다. 즉, 제3 전극(200)의 측면 및 바닥면은 폴리머(300)에 의하여 둘러싸이고, 제3 전극(200)의 상면이 제1 투명전극(130)에 접촉하여 형성될 수도 있다. 제3 전극(200)은 폴리머(300)에 의하여 안정적으로 매립되고, 지지될 수 있다.
이때, 폴리머(300) 내에는 기능성 필러(F)가 분산될 수도 있다. 기능성 필러(F)는, 예를 들어 UV 안정제일 수 있다. UV 안정제는, 예를 들어 히드록시벤조페논(hydroxy benzophonone) 및 히드록시페닐벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 UV 안정제는 자외선을 흡수하거나, 자외선에 의해 분해된 자유 라디칼을 소멸시킬 수 있다. 이에 따라, 폴리머(300) 내에 UV 안정제가 분산되는 경우, 전기변색소자(100)가 자외선에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전기변색소자(100)의 변색물질층(150)이 비올로겐(viologen) 등과 같이 UV에 취약한 물질을 포함하는 경우, 비올로겐의 분해를 막아 전기변색소자(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
제3 전극(200)은 시드층(210), 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 포함한다. 이때, 시드층(210) 상에 금속층(220)이 배치되고, 금속층(220) 상에 패시베이션층(230)이 배치된다.
여기서, 시드층(210), 금속층(220) 및 패시베이션층(230) 중 적어도 하나 또는 제3 전극(200) 전체의 명도 지수(L*)는 60 이하, 바람직하게는 40 내지 60, 더욱 바람직하게는 45 내지 60일 수 있다. 명도 지수(L*)는 명도를 나타내는 수치로서, 100에 가까워질수록 흰색을 나타내고, 0에 가까워질수록 검정색을 나타내는 지수를 의미한다. 명도 지수(L*)가 이러한 수치 범위를 만족하는 경우, 제3 전극의 반작거림을 방지하여 시인성을 개선할 수 있다.
시드층(210)은 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 전해도금하기 위하여 증착된 층으로, CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시드층(210)이 CuO 또는 Cu2O를 포함하거나, Ni및 Cr를 포함하는 경우, 시드층(210)이 흑갈색을 띄게 되어 반짝거림을 방지할 수 있고, 시인성을 개선할 수 있다. 이때, 시드층(210)의 두께는 10 내지 300nm, 바람직하게는 50 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다. 시드층(210)으로 인하여 금속층(220)은 소정 두께 이상, 예를 들어 수 ㎛이상으로 도금되는 것이 가능하며, 금속층(220)이 소정 두께 이상으로 형성될 경우 제3 전극(200)의 단면적이 커지게 되어 선저항이 개선되고, 변색속도가 빨라질 수 있다.
금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하며, 두께는 0.1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 10㎛일 수 있다. 버스 전극의 역할을 하는 금속층(220)이 이러한 두께로 형성되는 경우, 선저항이 낮아지게 되어, 변색속도가 빨라질 수 있다.
패시베이션층(230)은 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 패시베이션층(230)은 금속층(220)과 전해질층(170) 간의 접촉을 방지하여 금속층(220)의 산화를 방지할 수 있다. 이때, 패시베이션층(230)의 두께는 10 내지 300nm, 바람직하게는 50 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다.
패시베이션층(230)의 두께가 10nm 미만이면 패시베이션층(230)이 벗겨지기 쉬워지며, 이에 따라 금속층(220)이 전해질층(170)에 노출될 가능성이 증가하게 된다. 패시베이션층(230)의 두께가 300nm를 초과하면, 전기변색소자의 시인성에 영향을 미칠 수 있다.
도 8에서 도시한 제3 전극을 형성하기 위하여, 도 9를 참조하면, 제1 투명기판(110) 상에 제3 전극(200)이 배치되기 위한 패턴이 형성된 폴리머(300)를 적층한 후(a), 패턴 내에 시드층(210)을 증착한다(b). 이때, 시드층(210)은 CuO 또는 Cu2O를 포함하거나, Ni/Cr을 포함할 수 있으며, 1 내지 300nm의 두께로 증착될 수 있다. 시드층(210)은 무전해도금, 스퍼터링 또는 라미네이트 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
다음으로, 시드층(210) 상에 금속층(220)을 도금한다(c). 이때, 금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 이용하여 전해도금 방식으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 시드층(210)이 증착된 패턴 내에 전해도금 방식으로 금속층(220)이 형성되는 경우, 수㎛, 예를 들어 5㎛ 이상의 두께로 증착되는 것이 가능하며, 이에 따라 금속층(220)의 폭 대비 두께 비를 1:1.1 내지 2로 형성하는 것이 가능하다.
다음으로, 금속층(220) 상에 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층(230)을 형성한 후(d), 제1 투명전극(130)을 배치한다(e). 이때, 패시베이션층(230)은 전해도금에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 도 9를 참조하면, 도 7에서 도시한 바와 같이, 제1 투명기판(110), 제3 전극(200) 및 제1 투명전극(130)이 순차적으로 적층되며, 제1 투명기판(110)과 제1 투명전극(130) 사이의 공간 중 제3 전극(200)이 배치되지 않은 영역은 폴리머(300)로 채워진다. 설명의 편의를 위하여, 제1 투명기판(110) 및 제1 투명전극(130) 측에만 제3 전극(200)이 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제2 투명기판(120) 및 제2 투명전극(140) 측에 제3 전극(200)이 배치되거나, 제2 투명기판(120) 및 제2 투명전극(140) 측에도 제3 전극(200)이 배치될 수도 있다.
여기서, 폴리머(300)는, 예를 들어 실리콘계 폴리머 수지를 포함할 수 있다. 폴리머(300)의 높이와 제3 전극(200)의 높이가 동일한 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 폴리머(300)의 높이는 제3 전극(200)의 높이보다 클 수 있다. 즉, 제3 전극(200)의 측면 및 바닥면은 폴리머(300)에 의하여 둘러싸이고, 제3 전극(200)의 상면이 제1 투명전극(130)에 접촉하여 형성될 수도 있다. 제3 전극(200)은 폴리머(300)에 의하여 안정적으로 매립되고, 지지될 수 있다.
이때, 폴리머(300) 내에는 기능성 필러(F)가 분산될 수도 있다. 기능성 필러(F)는, 예를 들어 UV 안정제일 수 있다. UV 안정제는, 예를 들어 히드록시벤조페논(hydroxy benzophonone) 및 히드록시페닐벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 UV 안정제는 자외선을 흡수하거나, 자외선에 의해 분해된 자유 라디칼을 소멸시킬 수 있다. 이에 따라, 폴리머(300) 내에 UV 안정제가 분산되는 경우, 전기변색소자(100)가 자외선에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전기변색소자(100)의 변색물질층(150)이 비올로겐(viologen) 등과 같이 UV에 취약한 물질을 포함하는 경우, 비올로겐의 분해를 막아 전기변색소자(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
제3 전극(200)은 시드층(210), 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 포함한다. 시드층(210)은 폴리머(300)에 제3 전극(200)을 배치하기 위하여 형성된 패턴의 바닥면 및 측면에 형성되고, 금속층(220)은 시드층(210)에 의하여 형성된 공간 내에 채워질 수 있다. 그리고, 패시베이션층(230)은 시드층(210) 및 금속층(220)의 상부에 배치될 수 있다.
여기서, 시드층(210), 금속층(220) 및 패시베이션층(230) 중 적어도 하나 또는 제3 전극(200) 전체의 명도 지수(L*)는 60 이하, 바람직하게는 40 내지 60, 더욱 바람직하게는 45 내지 60일 수 있다. 명도 지수(L*)는 명도를 나타내는 수치로서, 100에 가까워질수록 흰색을 나타내고, 0에 가까워질수록 검정색을 나타내는 지수를 의미한다. 명도 지수(L*)가 이러한 수치 범위를 만족하는 경우, 제3 전극의 반작거림을 방지하여 시인성을 개선할 수 있다.
시드층(210)은 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 전해도금하기 위하여 증착된 층으로, CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 시드층(210)이 CuO 또는 Cu2O를 포함하거나, Ni및 Cr를 포함하는 경우, 시드층(210)이 흑갈색을 띄게 되어 반짝거림을 방지할 수 있고, 시인성을 개선할 수 있다. 이때, 시드층(210)의 두께는 10 내지 300nm, 바람직하게는 50 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다. 시드층(210)으로 인하여 금속층(220)은 소정 두께 이상, 예를 들어 수 ㎛이상으로 도금되는 것이 가능하며, 금속층(220)이 소정 두께 이상으로 형성될 경우 선저항이 개선되고, 변색속도가 빨라질 수 있다.
금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하며, 두께는 0.1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 5 내지 10㎛일 수 있다. 버스 전극의 역할을 하는 금속층(220)이 이러한 두께로 형성되는 경우, 선저항이 낮아지게 되어, 변색속도가 빨라질 수 있다.
패시베이션층(230)은 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 패시베이션층(230)은 금속층(220)과 전해질층(170) 간의 접촉을 방지하여 금속층(220)의 산화를 방지할 수 있다. 이때, 패시베이션층(230)의 두께는 10 내지 300nm, 바람직하게는 50 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 100 내지 200nm일 수 있다.
이때, 시드층(210)에 의하여 형성된 공간 내에 금속층(220)이 배치되며, 시드층(210) 및 금속층(220) 상에 패시베이션층(230)이 배치될 수 있다.
도 10에서 도시한 제3 전극을 형성하기 위하여, 도 11을 참조하면, 제1 투명기판(110) 상에 제3 전극(200)이 배치되기 위한 패턴이 형성된 폴리머(300)를 적층한 후(a), 폴리머(300) 상에 시드층(210)을 증착한다(b). 이때, 시드층(210)은 CuO 또는 Cu2O를 포함하거나, Ni/Cr을 포함할 수 있으며, 1 내지 300nm의 두께로 증착될 수 있다. 이때, 시드층(210)은 무전해 도금 방법에 의하여 증착될 수 있다. 무전해 도금 방법에 따를 경우, 페이스트를 도포하는 것에 비하여 시드층(210)을 균일한 두께로 증착하는 것이 가능하며, 제3 전극(200)이 배치되기 위한 패턴의 바닥면뿐만 아니라 측면에도 증착하는 것이 용이하다.
다음으로, 시드층(210) 상에 금속층(220)을 도금한다(c). 이때, 금속층(220)은 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 이용하여 전해도금 방식으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 시드층(210)이 증착된 패턴 내에 전해도금 방식으로 금속층(220)이 형성되는 경우, 수㎛, 예를 들어 5㎛ 이상의 두께로 증착되는 것이 가능하며, 이에 따라 금속층(220)의 폭 대비 두께 비를 1:1.1 내지 2로 형성하는 것이 가능하다. 또는 금속층(220)은 페이스트 형태로 시드층(210) 내에 채워질 수도 있다.
다음으로, 금속층(220) 위를 에칭하거나, 디스미어한 후(d), 시드층(210) 및 금속층(220) 상에 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층(230)을 형성하고(e), 제1 투명전극(130)을 배치한다(f). (d)와 같이 금속층(220) 위를 에칭하거나, 디스미어하면, 패시베이션층(230)과 금속층(220) 간의 접합력을 높일 수 있으며, 이에 따라 패시베이션층(230)의 전해 도금이 용이해질 수 있다.
도 12는 비교예 및 실시예에 따른 전기변색소자의 성능을 비교한 결과를 나타낸다.
비교예에서는, 투명전극 상에 버스전극을 배치하고, 버스전극 상에 패시베이션층을 형성하되, 패시베이션층은 폴리머를 이용하여 프린팅 기법으로 형성되었다.
이에 반해, 실시예에서는, 투명전극 상에 버스전극을 배치하고, 버스전극 상에 패시베이션층을 형성하되, 패시베이션층은 Au를 이용하여 전해 도금으로 형성되었다.
도 12를 참조하면, 실시예에서는 시간이 경과하더라도 T(%)가 안정적으로 유지되나, 비교예에서는 시간이 경과함에 따라 T(%)나 변화함을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, 내구성이 높은 전기변색소자를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
한편, 소정의 패턴을 가지는 제3 전극은 전원 연결을 위한 패드부와 연결될 수 있다. 이를 위하여, 패드부와 시드층은 동일한 소재를 포함하며, 패드부는 시드층과 함께 증착될 수 있다. 도 13은 패드부와 제3 전극에 포함되는 시드층에 관한 다양한 실시예를 나타낸다.
도 13(a)를 참조하면, 패드부(P)에 소정 간격으로 평행하게 배치되는 복수의 배선 형태의 시드층(210)이 연결되어 있다. 시드층(210) 상에 금속층(220) 및 패시베이션층(230)을 순차적으로 도금하는 경우, 패드부(P)/시드층(210)과 금속층(220)/패시베이션층(230) 간의 전기전도도 차이로 인하여, 패드부(P) 주변으로 도금이 성장할 수 있다. 도 13(b)는 시드층(210) 상에 Au 도금을 진행하는 경우, 패드부(P) 주변으로 도금이 성장한 사진을 나타낸다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면 패드부(P)의 형상을 변경할 수 있다.
예를 들어, 도 13(c)에서 도시한 바와 같이, 패드부(P)를 일체로 형성하되, 배선 형태의 시드층(210)이 연결되는 부위에 홈을 형성하거나, 도 13(d)에서 도시한 바와 같이, 배선 형태의 복수의 시드층(210)에 각각 연결되는 복수의 패드부(P)가 서로 이격되도록 형성할 수 있다.
이에 따르면, 금속층(220) 또는 패시베이션층(230)의 도금 진행 시 패드부(P) 주변으
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 투명기판(110) 및 제2 투명기판(120)의 1면 내지 4면에는 접속 리드(미도시)가 연결될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 전기변색소자 110: 제1 투명기판
120: 제2 투명기판 130: 제1 투명전극
140: 제2 투명전극 150: 제1 변색물질층
160: 제2 변색물질층 170: 전해질층
200: 제3 전극 210: 시드층
220: 금속층 230: 패시베이션층

Claims (10)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극,
    상기 제1 전극 상에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층,
    상기 제1 변색물질층 상에 배치된 전해질층,
    상기 전해질층 상에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층,
    상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극,
    상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판, 그리고
    상기 제1 전극의 양면 중 한면 및 상기 제2 전극의 양면 중 한면 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 제1 전극의 면적 및 상기 제2 전극의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 제3 전극을 포함하며,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명기판이고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전도성 재료를 포함하는 투명전극이며,
    상기 제3 전극은 CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 시드층, 상기 시드층 상에 배치되고 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 금속층, 그리고 상기 금속층 상에 배치되고 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층을 포함하는 전기변색소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시드층의 두께는 10 내지 300nm이고, 상기 금속층의 두께는 0.1 내지 20㎛이며, 상기 패시베이션층의 두께는 10 내지 300nm인 전기변색소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전극은 상기 제1 전극 상에서 상기 제1 변색물질층에 인접하여 배치되는 전기변색소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 상기 시드층의 측면 및 상기 금속층의 측면에 더 배치된 전기변색소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전극은 상기 제1 기판 및 상기 제1 전극 사이에 배치되며, 상기 제3 전극의 측면은 폴리머로 채워지는 전기변색소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시드층은 상기 금속층의 측면에 더 배치되는 전기변색소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 Cu, Ag, Au, Ni및 Cr 중 하나를 포함하는 제1 금속층, 그리고 상기 제1 금속층 상에 배치되며 Cu, Ag, Au, Ni및 Cr 중 다른 하나를 포함하는 제2 금속층을 포함하는 전기변색소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속층 및 상기 패시베이션층은 전해도금된 전기변색소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전극의 폭에 대한 두께의 비는 1:1.1 내지 2인 전기변색소자.
  10. 전기변색소자의 전극에 있어서,
    투명 전도성 재료를 포함하는 투명전극, 그리고
    상기 투명전극의 양면 중 한면에 배치되며, 상기 투명전극의 면적보다 작은 면적을 차지하고, 소정의 패턴을 가지는 패턴전극을 포함하며,
    상기 패턴전극은 CuO, Cu2O, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 시드층, 상기 시드층 상에 배치되고 Cu, Ag, Au, Ni 및 Cr 중 적어도 하나를 포함하는 금속층, 그리고 상기 금속층 상에 배치되고 Au 및 Ag 중 적어도 하나를 포함하는 패시베이션층을 포함하는 전극.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020077512A (ko) * 2000-12-27 2002-10-11 소니 가부시끼 가이샤 일렉트로크로믹 표시 소자 및 일렉트로디포지션형 표시 소자
KR20150087012A (ko) * 2014-01-21 2015-07-29 엘지이노텍 주식회사 전기변색 디바이스

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