KR20190043833A - 전기변색소자 - Google Patents

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KR20190043833A
KR20190043833A KR1020170135844A KR20170135844A KR20190043833A KR 20190043833 A KR20190043833 A KR 20190043833A KR 1020170135844 A KR1020170135844 A KR 1020170135844A KR 20170135844 A KR20170135844 A KR 20170135844A KR 20190043833 A KR20190043833 A KR 20190043833A
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제 1 단자와 연결되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 상에 배치되고, 제 1 변색물질을 포함하는 제 1 변색물질층, 상기 제 1 변색물질층 상에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되고, 제 2 변색물질을 포함하는 제 2 변색물질층, 및 상기 제 2 변색물질층 상에 배치되며, 상기 제 1 단자와 극성이 상이한 제 2 단자와 연결되는 제 2 전극층을 포함하며, 상기 제 1 변색물질은 무기 재료를 포함하고, 상기 제 2 변색물질은 전이 금속 및 상기 전이 금속과 결합하는 유기 재료를 포함한다.

Description

전기변색소자{ELECTROCHROMISM ELEMENT}
본 발명은 전기변색소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기변색소자의 변색물질층에 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.
도 1은 일반적인 전기변색소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기변색소자(10)는 서로 대향하여 배치되는 제 1 투명기판(11) 및 제 2 투명기판(12), 제 1 투명기판(11) 및 제 2 투명기판(12) 상에 각각 배치되며, 서로 대향하여 배치되는 제 1 투명전극(13) 및 제 2 투명전극(14), 제 1 투명전극(13) 및 제 2 투명전극(14) 중 어느 하나에 배치되는 제 1 변색물질층(15), 제 1 투명전극(13) 및 제 2 투명전극(14) 중 나머지 하나에 배치되는 제 2 변색물질층(16), 그리고 제 1 변색물질층(15) 및 제 2 변색물질층(16) 사이에 배치되는 전해질층(17)을 포함한다. 제 1 투명전극(13) 및 제 2 투명전극(14)은 각각 극성이 상이한 제 1 단자부(18) 및 제 2 단자부(19)에 연결되며, 제 1 단자부(18) 및 제 2 단자부(19)로부터 전원을 공급받는다. 제 1 변색물질층(15), 제 2 변색물질층(16) 및 전해질층(17)의 측면에는 실링부(20)가 더 배치될 수 있다.
전기변색소자는 ESL(electro shelf label) 등과 같이 특정부의 변색이 필요한 디스플레이, 디지털 사이니지(digital signage), 대형 포스터 또는 안내판 등의 게시용 장치, 스마트 윈도우, 건축용 창유리, 자동차 미러, 플렉서블 디스플레이, 차량용 썬루프, 스포츠 안경 등의 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.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기변색소자의 변색물질층을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기변색소자는 제 1 단자와 연결되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 상에 배치되고, 제 1 변색물질을 포함하는 제 1 변색물질층, 상기 제 1 변색물질층 상에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되고, 제 2 변색물질을 포함하는 제 2 변색물질층, 및 상기 제 2 변색물질층 상에 배치되며, 상기 제 1 단자와 극성이 상이한 제 2 단자와 연결되는 제 2 전극층을 포함하며, 상기 제 1 변색물질은 무기 재료를 포함하고, 상기 제 2 변색물질은 전이 금속 및 상기 전이 금속과 결합하는 유기 재료를 포함한다.
상기 제 1 변색물질층의 착색 색상 및 탈색 색상 중 하나와 상기 제 2 변색물질층의 착색 색상 및 탈색 색상 중 하나가 혼합되어, 상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나의 외부로 노출될 수 있다.
상기 제 1 변색물질층은 제 1 변색 영역과 제 2 변색 영역으로 구분되며, 상기 제 1 변색 영역에는 상기 제 1 변색물질이 배치되고, 상기 제2 변색 영역에는 상기 제 1 변색물질과 상이한 색상으로 착색되는 제 3 변색물질이 배치될 수 있다.
상기 제 3 변색물질은 탈색 시 광투과율이 50% 이상일 수 있다.
상기 제 3 변색물질은 CIE Lab 표색계에 따른 b* 값이 양수일 수 있다.
상기 제 1 변색물질의 두께와 상기 제 3 변색물질의 두께는 상이할 수 있다.
상기 제 1 변색물질층과 상기 제 2 변색물질층의 면적은 동일할 수 있다.
상기 제 1 변색물질층과 상기 제 2 변색물질층의 면적은 상이할 수 있다.
상기 제 2 변색물질층은 서로 이격된 제 1 변색영역 및 제 2 변색 영역으로 구분되고,
상기 제 2 변색영역의 상기 제 2 변색물질층의 면적은 상기 제 1 변색물질층의 면적과 동일할 수 있다.
상기 전이 금속과 상기 유기 재료는 π-콘쥬게이션(π-conjugation) 결합될 수 있다.
상기 전이 금속은 Fe, CO 및 Ru 로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 제 1 전극층이 태양광에 노출되는 측에 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극층 하면에 배치되는 자외선 차단막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변색속도가 높고, 디스플레이되는 글씨, 숫자, 그림 등의 색상이 선명하게 구현되는 전기변색소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 투명 전극의 황변 현상이 방지될 수 있으며, 소비 전력을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 2가지 이상의 색상을 동시에 표시하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 배경 영역과 표시 영역이 구분되어야 하는 애플리케이션에서, 전기 소모량을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 전기변색소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 버스전극이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버스전극이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기변색소자의 단면을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기변색소자의 단면을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 평면도이다.
도 8은 도 7의 일부를 구체적으로 나타낸 평면도와 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자에 대하여 전극이격부를 형성하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 9의 방법에 의하여 형성된 전극이격부를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자를 통하여 구현되는 표시 영역 및 배경 영역의 한 예를 나타낸다.
도 12는 도 11의 표시 영역 및 배경 영역의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 13은 도 12의 일부의 확대도이다.
도 14는 하나의 화면 상에 두 가지 색상이 표시되는 예를 나타낸다.
도 15 및 도 16은 도 14의 전기변색소자의 단면도의 예이다.
도 17은 하나의 화면 상에 세 가지 색상이 표시되는 예를 나타낸다.
도 18은 도 17의 A-A'선 단면도의 예이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기변색소자의 단면을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자를 포함하는 전기변색장치를 나타낸다.
도 21은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색장치가 적용된 전자선반라벨 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 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.
제 2, 제 1 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 제 2 구성요소는 제 1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 1 구성요소도 제 2 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 명세서상에 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 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자(100)는, 제 1 기판(101), 제 1 기판(101) 위에 배치되는 제 1 전극층(102), 제 1 전극층(102) 위에 배치되는 제 1 변색물질층(103)을 포함한다.
또한, 전기변색소자(100)는, 제 1 변색물질층(103) 위에 배치되는 전해질층(104), 전해질층(104) 위에 배치되는 제 2 변색물질층(105), 및 제 2 변색물질층(105) 위에 배치되는 제 2 전극층(106)을 더 포함할 수 있다. 제 1 변색물질층(103), 제 2 변색물질층(105), 및 전해질층(104)의 측면에는 실링부(108)가 더 배치될 수 있다. 또한, 제 2 전극층(106) 위에는 제 2 기판(107)이 더 배치될 수 있다.
또한, 제 1 전극층(102)은 제 1 단자와 연결되며, 제 2 전극층(106)은 제 1 단자와 극성이 상이한 제 2 단자와 연결되어, 전원을 공급받을 수 있다. 이를 위하여, 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)에는 각각 캐비티(cavity, C)가 형성되며, 캐비티 내에는 패드전극(109)이 배치되고, 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)은 각각 패드전극(109)과 연결될 수 있다.
또는, 제 1 기판(101)에 배치되는 제 1 전극층(102)의 일부, 예를 들어 패드 전극이 배치되는 영역을 제거한 후, 제 1 기판(101) 상에 패드전극(109)을 배치하고, 제 1 전극층(102)과 패드전극(109)을 연결할 수도 있다. 또는, 제 1 기판(101)에 배치되는 제 1 전극층(102)의 일부를 제거한 후, 패드전극(109)의 일부는 제 1 전극층(102) 상에 배치하고, 패드전극(109)의 나머지 일부는 제 1 기판(101) 상에 배치할 수도 있다.
이와 마찬가지로, 제 2 기판(107)에 배치되는 제 2 전극층(106)의 일부, 예를 들어 패드 전극이 배치되는 영역을 제거한 후, 제 2 기판(107) 상에 패드전극(109)을 배치하고, 제 2 전극층(106)과 패드전극(109)을 연결할 수도 있다. 또는, 제 2 기판(107)에 배치되는 제 2 전극층(106)의 일부를 제거한 후, 패드전극(109)의 일부는 제 2 전극층(106) 상에 배치하고, 패드전극(109)의 나머지 일부는 제 2 기판(107) 상에 배치할 수도 있다.
제 1 기판(101) 및 제 2 기판(107) 중 적어도 하나는 투과도(T%)가 98%이상인 투명 기판일 수 있으며, 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.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 전극층(102)은 투명전극(250) 및 버스전극(200)을 포함할 수 있다. 투명전극(250)은 제 1 기판(101) 위에 배치되며, 버스전극(200)은 투명전극(250) 위에 배치될 수 있다.
투명전극은 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. 투명전극은 각각은 필름 형상일 수 있으며, 빛에 대한 투과율이 80% 이상일 수 있다.
버스전극(200)은 메쉬 형상 또는 소정의 간격으로 이격된 복수의 선 형상일 수 있으며, 다양한 패턴 형상을 가질 수도 있다. 본 발명의 한 실시예에 따른 버스전극(200)은 도 3에 예시되어 있다.
도 3에서는 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극이 거의 직각을 이루는 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 배치될 수도 있다.
또한, 버스전극(200)의 형상이 복수의 선, 격자, 무정형의 그물형에 관계없이, 단위 면적당 버스전극(200)은 실제로 0.4 % 내지 10%의 면적을 차지할 수 있다. 예를 들어, 10ⅹ10mm2 내에서 버스전극(200)이 실제로 차지하는 면적은 0.4 내지 10mm2 일 수 있다. 버스전극(200)이 실제로 차지하는 면적이 0.4 % 미만일 경우에는 변색 속도 향상 효과가 미비할 수 있다. 또한, 버스전극(200)이 실제로 차지하는 면적이 10 %를 초과하면 시인성이 저하될 수 있다.
버스전극(200)은 메쉬선(LA) 및 메쉬선 사이의 개구부(OA)를 포함할 수 있다. 메쉬선(LA)의 선 폭은, 0.1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 1㎛ 내지 8㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 5㎛일 수 있다. 메쉬선(LA)의 선 폭이 0.1㎛ 미만이면, 제조 공정 상 어려움이 있거나, 메쉬선의 단락이 발생하기 쉽다. 메쉬선(LA)의 선폭이 10㎛를 초과하는 경우, 메쉬선(LA)이 외부에서 시인되어, 시인성이 저하될 수 있다. 본 명세서에서, 메쉬(LA)은 버스 전극과 혼용될 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. 본 명세서에서, 메쉬 개구부(OA)는 개구와 혼용될 수 있다.
이와 같이, 버스전극(200)이 배치되면, 전기 변색 소자의 시인성이 개선될 수 있으며, 변색 속도를 향상 시킬 수 있다.
또는 버스전극(200)은 도 4와 같이 다수의 원형 전극 및 이를 연결하는 선형 전극으로 이루어질 수도 있다.
도 3과 같이 사각형일 경우 사각형의 지름은 5 내지 400 um, 바람직하게는 10 내지 100um, 더욱 바람직하게는 10 내지 50um일 수 있다.
도 4와 같이 다수의 원형 전극 및 이를 연결하는 선형 전극으로 이루어진 버스전극(200)의 경우, 원형 전극의 지름(d1)은 250 내지 350㎛ 일 수 있다. 또한, 원형 전극과 선형 전극의 어느 한 교차점과 이와 가장 가까운 원형 전극과 선형 전극의 어느 한 교차점 사이의 거리(d2)는 100 내지 200㎛일 수 있다. 이와 같은 수치 범위를 만족할 때 변색 속도가 빠르고 시인성이 우수한 버스 전극을 제공할 수 있다.
뿐만 아니라, 미세한 패턴이 필요한 경우 원형 전극의 지름(d1)을 5 내지 400um, 바람직하게는 10 내지 100um, 더욱 바람직하게는 10 내지 50um로 작게 형성을 할 수도 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. 도 4에서, 원형 전극 및 선형 전극이 차지하는 영역을 제외한 영역은 개구를 이룰 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 제 1 변색물질층(103)의 적어도 일부는 메쉬선 사이의 개구부(OA) 및 전극이격부(G) 내에 배치될 수 있다.
또한, 다시 도 2를 참조하면, 버스전극(200) 상에는 보호층(202)이 더 배치될 수 있다. 보호층(202)은 버스전극(200)이 제 1 변색물질층(103) 및/또는 전해질층(104)에 노출되는 면을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 보호층(202)은 패시베이션층일 수 있으며, 버스전극(200)이 제 1 변색물질층(103) 및/또는 전해질층(104)과 직접 접촉하여 산화되는 문제를 방지할 수 있다. 보호층(202)은 버스전극(200)에 포함되는 구리, 니켈, 은, 알루미늄, 티타늄 등을 미리 산화시킨 피막일 수 있으며, 도금, 증착 등 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 제 1 전극층(102)에는 전극이격부(G)가 형성될 수 있다. 전극이격부(G)는 제 1 전극층(102)의 적어도 일부를 제거하는 방법으로 형성될 수 있으며, 전극이격부(G)를 사이에 둔 2 영역은 서로 이격될 수 있다. 이에 따라, 전극이격부(G)를 사이에 둔 2 영역은 서로 독립적으로 탈색 또는 착색될 수 있다.
전극이격부는 레이저 식각, 에칭, 기계적 식각 등 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극이격부(G)는 제 1 기판(101) 위에 제 1 전극층(102)을 배치한 후, 전극이격부(G)가 형성될 영역의 제 1 전극층(102)을 레이저 식각에 의하여 제거하는 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 전극이격부(G)는 제 1 기판(101) 위에 투명전극(250)을 배치하고, 투명전극(250) 위에 버스전극(200)을 배치한 후, 레이저 식각에 의하여 투명전극(250) 및 버스전극(200)을 제거하는 방법에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)의 일 영역에는 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)의 일부가 제거된 캐비티(cavity, C)가 배치될 수 있다. 그리고, 패드전극(109)은 캐비티(cavity, C) 내에 위치할 수 있으며, 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)과 접할 수 있다. 패드전극(109)은 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)으로 전원을 공급할 수 있다.
또는, 제 1 기판(101)에 배치되는 제 1 전극층(102)의 일부, 예를 들어 패드 전극이 배치되는 영역을 제거한 후, 제 1 기판(101) 상에 패드전극(109)을 배치하고, 제 1 전극층(102)과 패드전극(109)을 연결할 수도 있다. 또는, 제 1 기판(101)에 배치되는 제 1 전극층(102)의 일부를 제거한 후, 패드전극(109)의 일부는 제 1 전극층(102) 상에 배치하고, 패드전극(109)의 나머지 일부는 제 1 기판(101) 상에 배치할 수도 있다.
이와 마찬가지로, 제 2 기판(107)에 배치되는 제 2 전극층(106)의 일부, 예를 들어 패드 전극이 배치되는 영역을 제거한 후, 제 2 기판(107) 상에 패드전극(109)을 배치하고, 제 2 전극층(106)과 패드전극(109)을 연결할 수도 있다. 또는, 제 2 기판(107)에 배치되는 제 2 전극층(106)의 일부를 제거한 후, 패드전극(109)의 일부는 제 2 전극층(106) 상에 배치하고, 패드전극(109)의 나머지 일부는 제 2 기판(107) 상에 배치할 수도 있다.
그리고 제1 변색물질층(103)은 제 1 전극층(102)에 전극이격부(G)를 형성한 후 배치될 수 있으며, 이에 따라, 제 1 변색물질층(103)은 제 1 전극층(102) 위 뿐만 아니라, 전극이격부(groove, G) 내에도 배치될 수 있다.
또한, 제 1 변색물질층(103)은 전극이격부 내에 일부만 배치될 수 도 있다.
제 1 변색물질층(103), 전해질층(104) 및 제 2 변색물질층(105)은 전압을 가하면 색상이 변하는 전기변색 원리를 이용하여 외부로부터의 전압 인가에 의해 가역적으로 색이 변하거나 투과율이 변하는 소자를 포함한다.
제 1 변색물질층(103) 및 제 2 변색물질층(105)은 변색 또는 소색 성능이 우수하고, 응답속도가 우수하며, 내구성을 유지할 수 있고, 메모리 효과가 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 변색물질층(103)은 산화반응을 하는 산화 변색층이고, 제 2 변색물질층(105)은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있다. 또는, 제 1 변색물질층(103)은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있고, 제 2 변색물질층(105)은 산화반응을 하는 산화 변색층일 수 있다.
제 1 변색물질층(103) 및 제 2 변색물질층(105)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.
한편, 종래에는 제 1 변색물질층(103) 및 제 2 변색물질층(105)을 대향하게 배치하지 않고, 전해질층(104)의 일측에 제 1 변색물질층(103) 또는 제 2 변색물질층(105)을 단일층으로 형성하였으나, 각각의 카운터 변색층에서 발현되는 이온의 착화에 의한 메모리 효과를 구현하기 어려웠고, 색상 혼합에 의한 색상 구현도 기대하기 어려웠다.
이에, 전해질층(104)의 양측에 제 1 변색물질층(103)과 제 2 변색물질층(105)이 서로 대향되게 배치함으로써, 상술한 문제를 해결할 수 있었으나, 제 1 변색물질층(103)과 제 2 변색물질층(105)을 유기계 변색물질로 구성하는 경우, 변색 반응 속도는 빨라졌지만, 자외선(UV)에 대한 신뢰성이 낮으며, 메모리 효과가 낮은 문제가 야기될 수 있다.
또한, 제 1 변색물질층(103)과 제 2 변색물질층(105)을 무기계 변색물질로 구성하는 경우, 상술한 바와 반대로 자외선(UV)에 대한 신뢰성 및 메모리 효과가 증대되나, 층 구조가 복잡하고 변색 반응 속도가 느려지는 문제를 야기할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 변색물질층(103)을 무기계 변색물질로 구성하고, 제 2 변색물질층(105)은 전이 금속과 유기 재료가 결합된 유무기 복합재료로 구성하여, 변색 반응 속도, 자외선(UV)에 대한 신뢰성 및 메모리 효과를 증대시킬 수 있는 전기변색소자를 얻을 수 있다.
예컨대, 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. 이러한 PB는 산화 변색층에 포함되는 변색물질일 수 있다.
또한, 예컨대, 전이 금속은 Fe, Co 및 Ru 중 적어도 하나로 선택될 수 있으며, 유기 재료는 MEPE(metallo-supramolecular polyelectrolytes)일 수 있다.
한편, 전이 금속과 유기 재료는 π-콘쥬게이션(π-conjugation) 결합으로 π 공역화 화합물을 구성할 수 있다.
여기서, Fe와 MEPE가 결합된 Fe-MEPE는 블루 계열의 색상을 띄고, Co와 MEPE가 결합된 Co-MEPE는 옐로우 계열의 색상을 띄고, Ru와 MEPE가 결합된 Ru-MEPE는 레드 계열의 색상을 띈다.
즉, Fe-MEPE는 CIE Lab 표색계에 따라 b* 값이 양수 값을 가질 수 있고, Co-MEPE는 CIE Lab 표색계에 따라 b* 값이 음수 값을 가질 수 있고, Ru-MEPE는 CIE Lab 표색계에 따라 a* 값이 양수 값을 가질 수 있다.
여기서, CIE Lab표색계의 색 좌표는 L*, a* 및 b*에 의하여 나타낼 수 있으며, L* 값은 밝기를 나타내고, a*와 b*는 색상과 채도를 표시하는 색도를 나타낸다. 특히, a*는 빨강과 초록 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타내며, b*는 노랑과 파랑 중 어느 쪽으로 치우쳤는지를 나타낸다. L*가 0에 가까울수록 검은색에 가까워지며, L*가 100에 가까울수록 흰색에 가까워지는 것을 의미할 수 있다. 그리고, a*가 음수이면 초록에 가까운 색이며, a*가 양수이면 빨강에 가까운 색을 의미할 수 있다. 그리고, b*가 음수이면 파랑에 가까운 색이며, b*가 양수이면 노랑에 가까운 색을 의미할 수 있다.
또한, 전이 금속(Fe, Co 및 Ru) 간의 적절한 조합에 따라, 사용자가 요구하는 혼합 색상을 구현하는 것이 가능하다.
예를 들어, 유기계 MEPE에 Fe 및 Ru를 혼합하여 결합한 경우, Fe 및 Ru의 혼합 비율에 따라 블루 계열의 색상, 레드 계열의 색상 및 퍼플 계열의 색상 사이에서 요구하는 색상을 구현하는 것이 가능하다.
또한, 유기계 MEPE에 Fe, Co 및 Ru 를 함께 혼합하여 결합한 경우, Fe, Co 및 Ru의 혼합 비율에 따라 블루 계열의 색상, 레드 계열의 색상, 옐로우 계열의 색상 및 블랙 계열의 색상 사이에서 요구하는 색상을 구현하는 것이 가능하다.
즉, MEPE에 Fe, Co 및 Ru 각각 또는 이들의 혼합에 따라 블루 계열의 색상, 레드 계열의 색상, 옐로우 계열의 색상, 삼원색의 조합에 따라 다양한 색상을 구현하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 변색물질층(103)과 제 2 변색물질층(105) 각각에서 착색 또는 탈색 시 노출되는 색상의 혼합으로 요구되는 색상을 구현하는 것도 가능하다.
예를 들어, 제 1 변색물질층(103)이 프루시안 블루를 포함하고, 제 2 변색물질층(105)이 Ru-MEPE를 포함하는 경우, 전원이 인가되지 않은 상태에서 프루시안 블루는 블루 계열의 색상을 가질 수 있으며, Ru-MEPE는 레드 계열의 색상을 가질 수 있다. 이에 따라, 제 1 변색물질층(103)과 제 2 변색물질층(105)의 혼합에 의해 전기변색소자의 외부에서는 블루 계열의 색상과 레드 계열의 색상이 혼합되어 시인될 수 있다.
제 1 변색물질층(103), 전해질층(104) 및 제 2 변색물질층(105)의 총 두께는 10 내지 500㎛, 바람직하게는 20 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 40 내지 100㎛일 수 있다. 제 1 변색물질층(103), 전해질층(104) 및 제 2 변색물질층(105)의 총 두께가 10㎛ 미만인 경우, 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106) 간의 맞닿음으로 인해 합선이 될 가능성이 있고, 제 1 변색물질층(103), 전해질층(104) 및 제 2 변색물질층(105)의 총 두께가 500㎛를 초과하는 경우, 전기전도도가 감소하여 반응 속도가 느려질 수 있다.
전해질층(104)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(104)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(104)이 이온성 액체 및 금속염을 포함할 경우, 이온성 액체의 낮은 증기압, 비가연성, 전기화학적 안정성 및 상온에서의 높은 이온전도도로 인하여 빠른 변색속도를 얻는 것이 가능하다.
전해질층(104)은 매트릭스를 제공하기 위한 고분자를 더 포함할 수 있으며, 이온성 액체는 고분자와 반응할 수 있는 반응성 이온성 액체일 수 있다. 여기서, 반응성 이온성 액체는 양이온이 탄소 이중 결합 또는 탄소 삼중 결합을 가지는 이온성 액체일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기변색소자의 단면을 나타낸 도면이다. 도 2 내지 4와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 제 1 전극층(102)은, 제 1 기판(101) 위에 배치되는 수지층(210), 수지층(210)에 의하여 일부가 둘러싸이는 버스전극(200), 및 수지층(210)과 버스전극(200)위에 배치되는 투명전극(250)을 포함할 수 있다.
버스전극(200)의 일부는 수지층(210)에 의하여 둘러싸이며, 한 면은 투명전극(250)의 한 면과 접촉할 수 있다. 이때, 수지층(210)은 투과율이 95% 이상인 투명 수지를 사용할 수 있다. 수지층(210)은 폴리머 수지를 포함할 수 있으며, 폴리머 수지는, 예를 들어 실리콘계 폴리머 수지일 수 있다.
이때, 수지층(210) 내에는 기능성 필러가 분산될 수도 있다. 기능성 필러는, 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, 수지층(210) 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.
본 발명의 한 실시예에 따른 버스전극(200)은 제 1 기판(101)상에 수지층(210)을 코팅하고, 수지층(210) 내에 음각의 패턴을 형성하고, 음각의 패턴을 채운 후, IR(InfraRed) 광선을 조사하는 방식으로 형성될 수 있다. 음각의 패턴은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 포함하는 금속물질일 수 있다.
여기서, 제 1 전극층(102)에는 전극이격부(groove, G)가 형성될 수 있으며, 전극이격부(G)를 사이에 둔 2 영역은 서로 이격될 수 있다.
이를 위하여, 수지층(210), 버스전극(200) 및 투명전극(250)이 순차적으로 배치된 구조에서 전극이격부(G)가 형성되어야 할 영역을 따라 버스전극(200) 및 투명전극(250)을 제거하거나, 수지층(210), 버스전극(200) 및 투명전극(250)을 제거할 수 있다. 또는, 전극이격부(G)가 형성되어야 할 영역에는 버스전극(200)을 배치하지 않고, 수지층(210) 및 투명전극(250)만을 배치하며, 전극이격부(G)가 형성되어야 할 영역을 따라 투명전극(250)만을 제거할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 전극이격부(G)는 레이저 식각, 에칭, 기계적 식각 등 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기변색소자의 단면을 나타낸다. 도 2 내지 5와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 제 1 전극층(102)은 제 1 기판(101) 위에 배치되는 버스전극(200) 및 버스전극(200) 위에 배치되는 투명전극(250)을 포함할 수 있다. 이때, 투명전극(250)은 버스전극(200)을 둘러싸며, 제 1 기판(101) 위 및 버스전극(200) 위에 배치될 수 있다.
그리고, 제 1 전극층(102)에는 전극이격부(groove, G)가 형성될 수 있으며, 전극이격부(G)를 사이에 둔 2 영역은 서로 이격될 수 있다. 전술한 바와 같이, 전극이격부는 레이저 식각, 에칭, 기계적 식각 등 다양한 방법에 의하여 형성될 수 있다.
버스전극(200) 및 투명전극(250)을 배치한 후, 전극이격부(G)가 형성되어야 할 영역을 따라 버스전극(200) 및 투명전극(250)을 제거하거나, 투명전극(250)은 전체 면적에 대하여 배치하되 버스전극(200)은 전극이격부(G)가 형성되어야 할 영역을 제외하고 배치한 후, 전극이격부(G)가 형성되어야 할 영역을 따라 투명전극(250)을 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자는 전기적으로 서로 단락된 복수의 영역을 포함하며, 각 영역 별로 독립적으로 전원이 인가될 수 있다. 이에 따라, 각 영역 별로 독립적으로 탈색 또는 착색 반응이 일어나거나, 또는 복수의 영역 중 일부는 독립적으로 탈색 또는 착색 반응이 일어나고 다른 일부는 탈색 또는 착색 반응이 일어나지 않을 수도 있다. 이를 이용하여 다양한 정보를 표시하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 평면도이고, 도 8은 도 7의 일부를 구체적으로 나타낸 평면도와 단면도이다.
도 7 내지 8을 참조하면, 전기변색소자(100)는 전극이격부(G)에 의하여 전극 영역(A1) 및 더미전극 영역(A2)으로 구분될 수 있다. 전극 영역(A1)은 글씨, 숫자, 그림 등으로 표시되는 영역이고, 더미전극 영역(A2)은 배경으로 표시되는 영역일 수 있다. 전극 영역(A1)은 정보를 표시하기 위한 영역으로, 변환 영역, 표시 영역 등과 혼용될 수 있고, 더미전극 영역(A2)은 배경 영역과 혼용될 수 있다.
전극 영역(A1)은 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)을 포함하며, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 서로 이격되며, 독립적으로 구동될 수 있다. 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)의 탈색 및 착색 조합에 따라 전극 영역(A1)은 다양한 정보를 노출할 수 있다. 이를 위하여, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 더미전극 영역(A2) 주변에 배치될 수 있다. 즉, 더미전극 영역(A2)은 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)에 의하여 둘러싸이거나, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 더미전극 영역(A2)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 이에 따라, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)에 의하여 표시되는 정보가 더미전극 영역(A2)의 배경에 의하여 선명하게 표시될 수 있다.
이때, 각 영역은 각 영역보다 폭이 좁은 배선 영역(W)으로 연장되고, 배선 영역(W)을 통하여 패드전극(109)에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n) 각각은 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n) 각각으로부터 연장된 배선부를 통하여 패드전극(109)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 복수의 전극 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)과 혼용될 수도 있다.
예를 들어, 각 분할 영역으로부터 연장된 배선 영역(W)의 폭은 각 분할 영역의 폭의 1/3 내지 1/8일 수 있다. 배선 영역(W)의 폭이 각 분할 영역의 폭의 1/8배보다 작으면 배선 영역 내의 버스 전극이 끊어질 수 있으며, 1/3배보다 크면 분할 영역의 착색 시 배선 영역이 노출될 수 있다. 또한, 배선 영역(w)의 폭은 버스 전극의 Mesh 개구 폭의 0.2배 이상 2배 이하, 0.4배 이상 1.5배 이하, 0.5배 이상 1.2배 이하 일 수 있다. 배선 영역(w)의 폭이 버스 전극의 Mesh 개구 폭의 0.2배 미만인 경우 배선 영역(W)에 버스 전극이 서로 단락이 되어 버스 전극이 역할을 수행 할 수 없고, 2배 초과일 경우 분할 영역의 착색시 배선 영역이 노출될 수 있다. A1은 전극부이고, A1과 패드전극(109)을 연결하는 배선 영역은 배선부라 할 수 있다.
이에 따라, 각 영역은 서로 독립적으로 변색 반응이 일어날 수 있다. 예를 들어, 전극 영역(A1)에서만 변색 반응이 일어나고, 더미전극 영역(A2)에서는 변색 반응이 일어나지 않도록 구현되거나, 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)의 변색 반응이 독립적으로 일어나도록 구현되거나, 전극 영역(A1)을 이루는 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)의 변색 반응이 독립적으로 일어나도록 구현될 수 있다. 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)의 변색 반응이 독립적으로 일어나도록 구현되는 경우, 더미전극 영역(A2)은 전극 영역이 될 수 있다. 이에 따라, 전극이격부(G)는 복수의 전극 영역(A1, A2) 사이에 형성될 수 있다.
한편, 전극이격부(groove, G)의 선폭은 버스 전극의 Mesh 개구부의 폭 또는 Pitch에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 전극이격부(G)의 선폭은 버스 전극의 Mesh 개구부 폭의 0.1배 이상이고, 150um 이하, 바람직하게는 0.2배 이상 120um 이하, 더욱 바람직하게는 0.2배 이상 90um 이하일 수 있다. 전극이격부(G)의 선폭이 버스 전극 Mesh 개구부 폭의 0.1배 미만이면 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)이 전기적으로 단락되지 않을 수 있으며, 전극이격부(G)의 선폭이 150㎛를 초과하는 경우 정밀한 전극 영역(A1) 가공이 어려워질 수 있다. 또한, 레이저 가공을 통해 전극이격부(G)를 형성할 경우 레이저 가공 능력에 따라 전극이격부(G)의 선폭이 달라질 수 있다.
또한, 제 1 전극층(102)의 일 끝단에 패드전극(109)이 배치되며 패드전극(109)은 제 1 전극층(102) 과 접하도록 배치될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자에 대하여 전극이격부를 형성하는 방법을 설명하는 도면이고, 도 10은 도 9의 방법에 의하여 형성된 전극이격부를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 레이저를 이용하여 전극층이 패터닝될 수 있다. 즉, 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2) 사이는 레이저에 의하여 타공될 수 있으며, 이에 따라 전극이격부(G)가 형성될 수 있고, 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)은 전기적으로 단락될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 전극 영역(A1) 및 더미전극 영역(A2)으로 표현하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 더미전극 영역(A2)에 전원이 인가되어 독립적으로 탈색 및 착색 반응을 하는 경우 더미전극 영역(A2)은 전극 영역(A2)으로 지칭될 수도 있다.
이를 위하여, 레이저의 스폿(spot)은 전극이격부(G)가 형성될 영역을 따라 이동하면서, 전극층을 제거할 수 있다. 이때, 레이저의 스폿에 의하여 타공되는 홀(h)의 직경은 레이저의 가공 능력에 따라 달라질 수 있다. 홀의 직경이 레이저 스폿의 0.5배 내지 3배 이하일 수 있다. 레이저 스폿의 0.5배인 경우 가공이 안되는 경우가 발생하여 전극층이 쇼트가 발생할 수 있고, 3배 이상인 경우 전극 영역 간 간격이 넓어 미세한 부분을 변색시키기 위한 패턴을 표현 하기가 어렵다. 일반적으로 홀의 직경은 10 내지 100㎛, 바람직하게는 30 내지 90㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 85㎛일 수 있다. 홀의 직경이 10um 미만일 경우 타공되는 직경이 작아 전극층이 쇼트가 발생 할 수 있고, 직경이 100um를 초과하는 경우 전극 간 간격이 넓어 미세한 부분을 변색시키기 위한 패턴을 표현하기가 어렵다. 레이저의 스폿(spot)이 전극이격부(G)가 형성될 영역을 따라 이동하는 경우, 타공되지 않는 영역이 발생하지 않도록, 하나의 홀(h)의 소정 영역이 인접하여 타공되는 홀(h)의 소정 영역과 서로 겹쳐지도록 타공하여야 한다. 이는 레이저의 스폿의 주파수 및 속도 등에 따라 제어될 수 있다.
한편, B영역과 같이 전극이격부(G)가 형성되는 영역이 직선이 아닌 경우, 예를 들어 소정 곡률을 가지는 곡선이거나, 각이 진 형상인 경우, 레이저의 스폿이 이동하는 방향이 바뀌어야 한다. 이때, 레이저의 스폿이 이동하는 방향이 급격히 바뀌어야 하는 경우, 레이저의 스폿이 충분히 조사되지 못할 수 있다. 레이저의 스폿이 조사되지 않은 영역은 전기적으로 단락되지 못하며, 이에 따라 제품의 불량이 초래될 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 전극이격부(G)가 형성되는 방향이 바뀌는 부분에서는 연장 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어, 한 방향으로 형성되는 전극이격부(G)의 연장선과 다른 방향으로 형성되는 전극이격부(G)의 연장선이 교차하도록 연장 패턴(300)을 더 형성할 수 있다. 즉, 제 1 방향으로 형성되는 전극이격부(G)는 제 2 방향으로 형성되는 전극이격부(G)와의 교차점을 지나며 소정 길이만큼 더 연장되어 형성될 수 있다.
이러한 연장패턴(300)은 더미전극 영역(A2)에 형성될 수 있으며, 하나의 교차점에 대하여 적어도 2개의 연장패턴(300)이 형성될 수 있다. 더미전극 영역(A2)에 연장패턴(300)이 형성되더라도, 연장패턴(300)은 전극 영역(A1)을 단락시키지 않으므로, 연장패턴(300)은 더미패턴과 혼용될 수 있다. 이때, 연장패턴(300)은 직선뿐만 아니라 곡선, 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 연장패턴(300)의 길이는 적어도 홀(h)의 직경보다는 크게 형성되어야 한다. 즉, 적어도 하나의 레이저 스폿이 교차점을 지나갈 필요가 있다.
예를 들어, 연장패턴(300)의 길이(d4)는 전극이격부 폭의 3배 이하 일 수 있다. 연장패턴(300)의 길이가 전극이격부 폭의 3배를 초과하면 레이저 스폿의 이동 반경이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 레이저 식각으로 전극이격부(G)를 형성하는 경우, 전극이격부의 일부 영역에서는 투명전극(250)만이 제거되고 버스전극(200)의 일부가 제거되지 않을 수 있다. 이하에서, 레이저에 의하여 가공된 후에도 제거되지 않고 남아 있는 버스전극(203)을 잔여 버스전극(203) 또는 잔여 버스전극부라 지칭한다. 잔여 버스전극(203)은 전극이격부(G) 밖의 버스전극(203)으로부터 연장되어 전극이격부(G) 내부에 일부 남아 있는 형태일 수 있다. 즉, 버스전극(200)은 전극이격부(G)로부터 연장된 잔여 버스전극부를 더 포함할 수 있으며, 잔여 버스전극부는 버스전극(200)의 일부일 수 있다. 잔여 버스전극(203)은 레이저와 투명전극(250), 레이저와 버스전극(200) 사이의 반응성 차이에 의하여 형성될 수 있다. 잔여 버스전극(203)은 전극이격부의 외부로 향하는 수축력이 존재하여 투명전극(250)이 레이저에 용융 제거된 후 재응고 되는 과정에서 다시 접합되는 현상을 방지하여 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)을 안정적으로 단락 시킬 수 있다.
여기서, 전극이격부 내에 남아 있는 잔여 버스전극(203)의 길이(d3)는 1nm 내지 20㎛, 바람직하게는 1nm 내지 15㎛, 더욱 바람직하게는 1nm 내지 5㎛일 수 있다. 잔여 버스전극(203)의 길이가 1nm 미만이면 제 1 전극이 재접합되어 더미전극 영역(A2)과 전극 영역(A1)이 단락되지 않을 수 있으며, 20㎛ 초과인 경우 잔여 버스 전극에 의하여 더미전극 영역(A2)과 전극 영역(A1)이 단락되지 않을 수 있다.
또한, 잔여 버스 전극의 길이(d3)는 전극이격부 (G)의 폭의 1/2보다 작을 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자는 문자, 숫자, 기호, 그림 등을 표시하기 위한 표시 영역과 표시 영역의 배경이 되는 배경 영역으로 구분될 수 있으며, 표시 영역과 배경 영역은 전술한 바와 같이 전극층의 전극이격부에 의하여 독립적으로 동작할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자를 통하여 구현되는 표시 영역 및 배경 영역의 한 예를 나타내며, 도 12는 도 11의 표시 영역 및 배경 영역의 일부의 단면도를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 표시 영역(1100) 및 배경 영역(1110)은 서로 이격될 수 있다. 표시 영역(1100)은 전술한 전극 영역(A1)에 대응할 수 있고, 배경 영역(1110)은 전술한 더미전극 영역(A2)에 대응할 수 있다. 이때, 배경 영역(1110)의 면적은 표시 영역(1100)의 면적보다 넓을 수 있다. 그리고, 표시 영역(1100) 및 배경 영역(1110)은 전술한 바와 같이 전극층에 형성된 전극이격부(G)에 의하여 구분될 수 있다. 표시 영역(1100)은 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n)을 포함하며, 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n)은 서로 전기적으로 단락되며, 독립적으로 탈색 및 착색될 수 있다. 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n)은 도 9 내지 10에서 전술한 바와 마찬가지로, 레이저에 의하여 패터닝될 수 있다. 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n)의 탈색 및 착색 조합에 따라, 표시 영역(1100)은 다양한 정보를 노출할 수 있다.
배경 영역(1110)은 착색된 표시 영역(1100)을 보다 선명하게 드러나도록 하기 위하여, 소정의 색상을 지속적으로 노출할 수 있다.
표시 영역(1100)은 배경 영역(1110)에 비하여 탈색 및 착색 과정이 빈번하게 행하여질 수 있으므로, 변환 영역이라 칭할 수도 있다.
복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n)을 따라 패터닝된 전극층에 변색물질층 및 전해질층을 코팅한 경우, 도 11에 도시된 바와 같이 표시 영역(1100) 및 배경 영역(1110)은 모두 변색물질층이 가지는 고유의 색상을 나타낸다. 예를 들어, 제 1 변색물질층(103)이 Fe 이온을 포함하는 변색물질, 예를 들어 프루시안 블루를 포함하고, 제 2 변색물질층(105)이 Ru와 MEPE가 결합된 Ru-MEPE를 포함하는 경우, 전원이 인가되지 않은 상태에서 프루시안 블루는 블루 계열의 색상을 가지고, 전원이 인가된 경우 탈색되어 투명하게 변색되며, Ru와 MEPE가 결합된 Ru-MEPE는 전원이 인가되지 않은 상태에서는 레드 계열의 색상을 가지고, 전원이 인가된 경우 착색되어 투명하게 변색된다.
이에 따라, 전원을 인가한 상태에서 표시 영역(1100) 및 배경 영역(1110)은 모두 투명 색상을 나타낼 수 있으며, 제 1 전극층(102) 측에 전원을 인가하지 않고, 제 2 전극층(106) 측에만 전원을 인가한 경우 제 1 변색물질은 블루 계열의 색상을 띄고, 제 2 변색 물질은 투명 색상을 나타내므로, 블루 색을 표현할 수 있다. 그리고, 다시 제 1 전극층(102) 측에는 전원을 인가하고, 제 2 전극층(106) 측에는 역전원을 인가한 경우, 제 1 변색물질은 투명하게 변색되고, 제 2 변색물질은 레드 계열의 색상을 띄어, 레드 색상을 표현할 수 있다. 또한, 제 1 전극층(102)과 제 2 전극층(106)에 모두 전원을 인가하지 않은 경우, 표시 영역(1100) 및 배경 영역(1110)은 모두 레드 계열의 색상과 블루 계열의 색상이 혼합된 색상을 표현할 수 있다.
이러한 경우, 투명 색상을 유지하기 위해서는 제 2 전극층(106) 및 제 1 전극층(102) 측에 전원을 계속적으로 가해줘야 한다. 이에 따라, 소비 전력이 높아 전기 소모량이 높아지는 문제가 있다.
한편, 정보를 표시하기 위하여 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n) 중 일부를 착색시키고, 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n) 중 나머지 일부 및 배경 영역(1110)을 탈색시킨 경우, 소정의 문자, 숫자, 그림, 기호 등이 표시될 수 있다. 예를 들어, 제 1 변색물질층(103)이 Fe 이온을 포함하는 변색물질, 예를 들어 프루시안 블루를 포함하고, 제 2 변색물질층(105)이 Ru와 MEPE가 결합된 Ru-MEPE를 포함하는 경우, 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n) 중 일부에 대하여 제 1 변색물질층(103)과 제 2 변색물질층(105)의 산화 또는 환원을 적절히 조합시키면, 표시하고자 하는 정보는 블루 계열의 색상, 레드 계열의 색상 또는 이들이 혼합된 색상으로 표시되고, 배경은 투명 또는 기판의 색상으로 나타날 수 있다.
다만, 일반적으로, 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n)의 탈색 및 착색 조합은 표시하고자 하는 정보가 바뀜에 따라 빈번하게 바뀔 수 있지만, 배경 영역(1110)은 지속적으로 탈색 상태를 유지하여야 하며, 이를 위하여 복수의 분할 영역(1100-1, 1100-2, ..., 1100-n) 중 착색시키고자 하는 일부에 인가되는 전압과 반대 극성의 전압을 지속적으로 인가하여야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배경 영역(1110)에 소정의 전압을 지속적으로 인가하지 않고도 배경 색상을 유지하고자 한다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1) 및 배경 영역(1110), 즉 더미전극 영역(A2) 모두에 전원이 인가되지 않은 상태에서, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1)의 투명도와 배경 영역(1110), 즉 더미전극 영역(A2)의 투명도가 상이할 수 있다. 또는, 본 발명의 실시예에 따르면, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1) 및 배경 영역(1110), 즉 더미전극 영역(A2) 모두에 전원이 인가되지 않은 상태에서, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1)의 색좌표와 배경 영역(1110), 즉 더미전극 영역(A2)의 색좌표가 상이할 수 있다.
이를 위하여, 도 12를 참조하면, 표시 영역(1100) 상의 제 1 변색물질층(103)은 변색, 즉 전원의 인가에 따라 탈색 및 착색이 일어나고, 배경 영역(1110) 상의 제 1 변색물질층(103)은 변색이 일어나지 않는다. 즉, 배경 영역(1110) 상의 제 1 전극층(102) 측에 전원을 인가하는 경우 및 인가하지 않는 경우 모두 배경 영역(1110) 상의 제 1 변색물질층(103)은 투명한 색상을 나타낸다.
이를 위하여, 배경 영역(1110) 상의 제 1 변색물질층(103)은 미리 화학적으로 탈색처리될 수 있다. 화학적 탈색은, 제 1 전극층(102) 및 제 1 변색물질층(103)을 적층한 후, 표시 영역(1100)을 마스킹하고, 배경 영역(1110)을 탈색 용액에 노출시키는 방법에 의하여 행해질 수 있다. 예를 들어, 탈색 용액은 알칼리 용액일 수 있다. 예를 들어, 제 1 변색물질층(103)이 프루시안 블루를 포함하는 경우, 프루시안 블루에 포함되는 Fe 이온이 Fe2+ 상태가 되면 투명해지고, Fe3+ 상태가 되면 블루 계열의 색상으로 변색한다. 만약, 프루시안 블루를 알칼리 용액, 예를 들어 CO3 -를 포함하는 용액에 노출시키면, Fe2+는 Fe3+ 으로 바뀔 수가 없고, 항상 투명한 상태로 남아있게 된다. 이에 따라, 배경 영역(1110) 상의 제 1 변색물질층(103)은 전원의 인가에 관계없이 변색되지 않는다. 이와 같이, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1) 및 배경 영역(1110), 즉 더미전극 영역(A2) 모두에 전원이 인가되지 않은 상태에서, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1)의 투과율 및/또는 색좌표와 배경 영역(1110), 즉 더미전극 영역(A2)의 투과율 및/또는 색좌표가 상이할 수 있다. 즉, 배경 영역(1110) 상의 제1 변색물질층(103-2)을 미리 화학적으로 탈색처리한 경우, 전원이 인가되지 않은 상태에서 표시 영역(1100)은 전원이 인가되지 않았을 경우 제1 변색물질층(103)의 제1 변색물질이 가지는 고유한 색상 및 제2 변색물질층(105)이 가지는 고유한 색상을 나타내고, 배경 영역(1110)은 전원이 인가되지 않았을 경우 제2 변색물질층(105)이 가지는 고유한 색상을 나타낸다. 예를 들어, 제1 변색물질층(103)의 제1 변색물질은 전원이 인가되지 않은 상태에서 투명이 아닌, 소정의 고유한 색상을 가질 수 있고, 제2 변색물질층(105)의 제2 변색물질은 전원이 인가되지 않은 상태에서 투명한 경우, 전원이 인가되지 않은 상태에서 표시 영역(1100)은 제1 변색물질층(103)의 제1 변색물질이 가지는 고유한 색상을 나타내고, 배경 영역(1110)은 투명할 수 있다. 이에 따라, 전원이 인가되지 않은 상태에서, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1)의 투과율은 1 내지 50%, 바람직하게는 10 내지 40%, 더욱 바람직하게는 15 내지 30%일 수 있고, 배경 영역(1100), 즉 더미전극 영역(A2)의 투과율은 40 내지 90%, 바람직하게는 50 내지 80%, 더욱 바람직하게는 55 내지 70%일 수 있다. 그리고, 전원이 인가되지 않은 상태에서, 표시 영역(1100), 즉 전극 영역(A1)의 색좌표(L*)는 60 내지 89, 바람직하게는 65 내지 85, 더욱 바람직하게는 70 내지 80일 수 있고, 배경 영역(1100), 즉 더미전극 영역(A2)의 색좌표는 90 내지 99, 바람직하게는 92 내지 97, 더욱 바람직하게는 94 내지 96일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제 2 전극층(106)도 표시 영역(1100), 그리고 표시 영역(1100)과 전기적으로 단락된 배경 영역(1110)으로 구분될 수 있으며, 이를 통해서 좀 더 선명한 색상을 구현할 수 있다. 제 1 전극층(102)의 표시 영역(1100) 및 제 2 전극층(106)의 표시 영역(1100)은 서로 대칭하도록 배치되고, 제 1 전극층(102)의 배경 영역(1110) 및 제 2 전극층(106)의 배경 영역(1110)은 서로 대칭하도록 배치될 수 있다.
도 12에서 도 12(a)는 제 1 기판(101) 상에 투명전극(250)이 배치되고, 투명전극(250) 상에 버스전극(200)이 양각으로 형성되는 제 1 전극층(102)의 구조를 나타내고, 도 12(b)는 제 1 기판(101) 상에 수지층(210)이 배치되며, 수지층(210)에 형성된 음각의 패턴 내에 버스전극(200)이 채워지며, 버스전극(200) 상에 투명전극(250)이 배치되는 제 1 전극층(102)의 구조를 나타내며, 도 12(c)는 제 1 기판(101) 상에 버스전극(200)이 양각으로 배치되며, 버스전극(200) 및 제 1 기판(101) 상에 투명전극(250)이 배치되는 제 1 전극층(102)의 구조를 나타낸다. 여기서, 도 12(a), (b) 및 (c)는 모두 제 1 전극층(102)의 구조와 동일한 구조의 제 2 전극층(106)을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제 1 전극층(102) 및 제 2 전극층(106)은 다양한 조합을 가질 수 있고, 제 2 전극층(106)에는 버스전극이 배치되지 않는 구조로도 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배경 영역(1110)은 전원 인가에 관계없이 변색되지 않으므로, 배경 영역(1110)에는 전원을 공급하기 위한 배선이 연결되지 않을 수도 있다.
한편, 전술한 바와 마찬가지로, 전극 영역(A1) 및 더미전극 영역(A2) 사이, 즉 표시 영역(1100) 및 배경 영역(1110) 사이의 전극이격부(G)내에도 제 1 변색물질층(103)이 배치될 수 있다. 이를 통해 제 1 변색 물질층(103)을 제 1 기판(101) 상에 전면으로 형성한 후 별도로 패터닝하는 공정이 없어짐으로 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 전극이격부(G) 내에 배치된 제 1 변색물질층(103)도 항상 투명한 상태일 수 있다. 전극이격부(G)는 전극이 삭제된 영역으로, 항상 전압이 인가되지 않는다. 이에 따라, 전극이격부(G) 내의 제 1 변색물질층(103)을 미리 화학적으로 탈색처리하지 않으면, 전극이격부(G) 내의 제 1 변색물질층(103)은 제 1 변색물질층(103)에 포함된 변색물질이 가지는 고유한 색상을 항상 띄게 된다. 예를 들어, 제 1 변색물질층(103)이 프루시안 블루를 포함하는 경우, 전극이격부(G) 내의 제 1 변색물질층(103)을 미리 화학적으로 탈색처리하지 않으면, 전극이격부(G) 내의 제 1 변색물질층(103)은 항상 블루 계열의 색상을 띄게 된다. 이는 노이즈가 될 수 있으며, 선명하게 정보를 표시하는데 장애가 될 수 있다.
또한, 전극이격부(G) 내에 배치된 제 1 변색물질층(103)과 마찬가지로, 표시 영역(1100) 상의 제 1 변색물질층(103)의 일부, 예를 들어 표시 영역(1100)의 가장자리로부터 표시 영역(1100)의 폭 길이에 대하여 전극 이격부(d)폭의 10% 내지 100%만큼도 미리 화학적으로 탈색처리될 수 있다. 이에 따라, 표시 영역(1100)의 가장자리 부근에 전원이 인가되지 않아 항상 블루 계열의 색상으로 남아있게 되는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자는 하나의 화면 상에 두 가지 이상의 색상을 표시할 수도 있다.
도 14는 하나의 화면 상에 두 가지 색상이 표시되는 예를 나타내며, 도 15 및 도 16은 도 14의 전기변색소자의 단면도의 예이다.
도 14를 참조하면, 전기변색소자(100)는 제 1 색상을 표시하기 위한 제 1 변색영역(500) 및 제 1 색상과 상이한 제 2 색상을 표시하기 위한 제 2 변색영역(600)으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 제 1 변색 영역(500)은 블루 계열, 레드 계열 또는 퍼플 계열의 색상으로 착색되고, 제 2 변색 영역(600)은 레드 계열의 색상으로 착색될 수 있다.
이를 위하여, 제 1 변색 영역(500)에 배치된 변색물질과 제 2 변색영역(600)에 배치된 변색물질은 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 전기변색소자(100)의 적용 애플리케이션을 다양화하는 것이 가능하다.
여기서, 제 1 변색 영역(500)은 정보를 표시하기 위한 표시 영역(510) 및 배경을 표시하기 위한 배경 영역(520)으로 구분될 수 있으며, 표시 영역(510) 및 배경 영역(520)은 전기적으로 단락되거나, 이격될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제 2 변색 영역(600)은 정보를 표시하기 위한 표시 영역(610) 및 배경을 표시하기 위한 배경 영역(620)으로 구분되며, 표시 영역(610) 및 배경 영역(620)은 전기적으로 단락되거나, 이격될 수 있다. 제 1 변색 영역(500)의 표시 영역(510) 및 배경 영역(520)과 제 2 변색 영역(600)의 표시 영역(610)과 배경 영역(620)에 대해서는 도 11 내지 13에 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
이때, 제 1 변색 영역(500) 내의 제 1 색상이 착색 및 탈색되는 빈도는 제 2 변색 영역(600) 내의 제 2 색상이 착색 및 탈색되는 빈도와 상이할 수 있다. 예를 들어, 제 1 변색 영역(500)을 통하여 표시되는 정보는 제 2 변색 영역(600)을 통하여 표시되는 정보에 비하여 빈번하게 변경되는 정보일 수 있다.
이를 위하여, 제 1 변색 영역(500) 및 제 2 변색 영역(600)은 서로 전기적으로 단락되거나, 전극이격부에 의하여 이격될 수 있다. 예를 들어, 제 1 변색 영역(500) 및 제 2 변색 영역(600) 사이에는 도 9 내지 10에서 설명한 방법에 의하여 형성된 전극이격부가 배치될 수 있다.
또는, 전술한 바와 같이, 제 1 변색 영역(500)의 표시 영역(510)과 배경 영역(520)은 서로 전기적으로 단락되거나 이격되고, 제 2 변색 영역(600)의 표시 영역(610)과 배경 영역(620)은 서로 전기적으로 단락되거나 이격되되, 배경 영역(520) 및 배경 영역(620)은 일체로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 전원이 인가되지 않은 상태에서 배경 영역(520) 및 배경 영역(620)의 투명도 및/또는 색좌표는 표시 영역(510)의 투명도 및/또는 색좌표와 상이할 수 있으며, 표시 영역(610)의 투명도 및/또는 색좌표와 상이할 수 있다.
한편, 도 15를 참조하면, 제 1 변색물질층(103)은 제 1 변색 영역(500)에만 변색물질이 배치되고, 제 2 변색영역(600)에는 변색물질이 배치되지 않을 수 있다.
전원이 인가되지 않은 상태에서 제 1 변색 영역(500)에 배치된 변색물질이 가지는 고유한 색상과 제 2 변색영역(600)에 배치된 변색물질이 가지는 고유한 색상은 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 전원이 인가되지 않은 상태에서, 표시 영역(510)의 투명도 및/또는 색좌표와 표시 영역(610)의 투명도 및/또는 색좌표는 서로 상이할 수 있다. 그 결과, 전원이 인가되지 않은 상태에서 배경영역(520, 620)과 표시 영역(510)의 투명도 및/또는 색좌표 차는 배경영역(520, 620)과 표시 영역(610)의 투명도 및/또는 색좌표 차와 상이할 수 있다.
도 15를 참조하면, 제 2 변색 영역(600)에 비해 상대적으로 빈번하게 정보의 변경을 요구하는 제 1 변색 영역(500) 내에만 소정 면적(D5)을 갖는 제 1 변색물질층(103)을 배치하여, 제 1 변색 영역(500) 내에서 소정 면적(D6)을 갖는 제 2 변색물질층(105)이 변색되는 과정에서 제 1 변색물질이 메모리 효과를 야기하여, 전원을 지속적으로 인가하지 않아도 되며, 제 1 변색 영역(500)에 비해 상대적으로 정보 변경을 요구하지 않는 제 2 변색 영역(600)에서는 제 1 변색물질층을 배치하지 않아, 제 2 변색물질과 제 1 변색물질의 색상 혼합을 요구하지 않고, 제 2 변색물질의 색상에만 영향을 받도록 구현되는 것이 가능하다.
또한, 도 16을 참조하면, 제 2 변색물질층(105)을 제 2-1 변색물질층(105a)과 제 2-2 변색물질층(105b)으로 구획하며, 제 2 변색 영역(600)에 비해 상대적으로 빈번하게 정보의 변경을 요구하는 제 1 변색 영역(500) 내에서 소정 면적(D5)을 갖는 제 1 변색물질층(103)과 소정 면적(D7)을 갖는 제 2-2 변색물질층(105b)이 서로 동일한 면적으로 구성된 쌍으로 배치하여, 다른 정보를 표현하는 패턴들과 독립적인 회로를 구성할 수 있다. 또한, 제 1 변색 영역(500) 내에서 제 2 변색물질이 변색되는 과정에서 제 1 변색물질이 메모리 효과를 야기하여, 전원을 지속적으로 인가하지 않아도 된다. 한편, 제 1 변색 영역(500) 에 비해 대체로 정보 변경을 요구하지 않는 제 2 변색 영역(600)에서는 제 1 변색물질층을 배치하지 않아, 제 2 변색물질과 제 1 변색물질의 색상 혼합을 요구하지 않고, 제 2-1 변색물질층(105a)의 색상에만 영향을 받도록 구현되는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자는 하나의 화면 상에 세 가지 이상의 색상을 표시할 수도 있다.
도 17은 하나의 화면 상에 세 가지 색상이 표시되는 예를 나타내고, 도 18은 도 17의 A-A'선 단면도의 예이다.
도 17을 참조하면, 전기변색소자(100)는 제 1 색상을 표시하기 위한 제 1 변색영역(500) 및 제 1 색상과 상이한 제 2 색상 및 제 3 색상을 표시하기 위한 제 3 변색영역(700)으로 구분될 수 있다.
여기서, 제 1 변색 영역(500)은 정보를 표시하기 위한 표시 영역(510) 및 배경을 표시하기 위한 배경 영역(520)으로 구분될 수 있으며, 표시 영역(510) 및 배경 영역(520)은 전기적으로 단락되거나, 이격될 수 있다.
또한, 제 3 변색영역(700)은 정보를 표시하기 위한 표시 영역(710) 및 배경을 표시하기 위한 배경 영역(720)으로 구분될 수 있으며, 표시 영역(710) 및 배경 영역(720)은 전기적으로 단락되거나, 이격될 수 있다.
예를 들어, 제 1 변색 영역(500)의 표시 영역(510)은 블루 계열의 색상으로 착색되고, 제 3 변색 영역(700)의 표시 영역 구역(710)은 레드 계열의 색상으로 착색되고, 배경 영역(720)은 옐로우 계열의 색상이 착색될 수 있다.
도 18을 참조하면, 제 3 변색 영역(700)에 비해 상대적으로 빈번하게 정보의 변경을 요구하는 제 1 변색 영역(500) 내에만 제 1 변색물질층(103-1)을 배치하여, 제 1 변색 영역(500) 내에서 제 2 변색물질이 변색되는 과정에서 제 1 변색물질이 메모리 효과를 야기하여, 전원을 지속적으로 인가하지 않아도 되며, 제 1 변색 영역(500)에 비해 상대적으로 정보 변경을 요구하지 않는 제 3 변색 영역(700)에서는 제 1 변색물질층을 배치하지 않고, 제 1 변색물질층(103-1)과 상이한 색상으로 착색되는 제 3 변색물질층(103-2)을 배치한다.
예를 들어, 상기 제 3 변색물질층(103-2)은 Ni-PBA로 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 변색물질층(103-1)의 두께(T1)와 제 3 변색물질층(103-2)의 두께(T2)는 동일할 수 있으며, 요구되는 투과율에 따라 상호 두께가 상이하게 형성될 수 있다.
또한, 제 1 변색물질층(103-1)과 제 3 변색물질층(103-2)은 CIE Lab 표색계에 따라 b* 값이 상호 역수 일 수 있다. 즉, 제 1 변색물질층(103-1)은 CIE Lab 표색계에 따라 b* 값이 음수 값을 가질 수 있고, 제 3 변색물질층(103-2)은 CIE Lab 표색계에 따라 b* 값이 양수 값을 가질 수 있다.
한편, 제 1 변색물질층(103-1)과 제 3 변색물질층(103-2)은 두께 변화에 따른 투과율 가변율을 상이하게 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 변색물질층(103-1)의 두께 변화 대비 투과율의 가변율은 30% 이상일 수 있으며, 제 3 변색물질층(103-2)의 두께 변화 대비 투과율의 가변율은 10% 미만일 수 있다.
또한, 제 3 변색물질층(103-2)은 500nm 이하 두께에서는 광투과율이 50% 이상을 갖도록 설정될 수 있어, 대체로 정보 변경을 요구하지 않는 제 3 변색 영역(700)에서 제 1 변색물질층을 배치하지 않고 광투과율이 높은 제 3 변색물질층(103-2)에 의해, 제 2 변색물질층(105)의 색상에만 영향을 받도록 구현되는 것이 가능하다.
한편, 제 3 변색물질층(103-2)에는 소정 색상을 띄는 필러(filler)가 전체 100wt% 대비 25wt% 미만으로 포함될 수 있어, 배경 영역에서 다양한 색상의 표현이 가능하며, 특정 표시 영역을 에워싸는 배경 영역이 특정 색상을 노출함에 의해 시각적 주목을 꾀할 수 있다.
한편, 본 발명은 무기계 변색물질로 구성되는 제 1 변색물질층(103)과 제 1 전극층(102)을 태양광에 노출되는 측에 배치하여, 자외선(UV)에 대한 신뢰성을 획득할 수 있다.
예컨대, 무기계 변색물질은, 예를 들어 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐, 몰리브덴, 망간, 티타튬, 세륨 및 니오븀의 산화물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기변색소자의 단면을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 무기계 변색물질은 자외선(UV)에 대한 신뢰성이 높은 특징을 가지고 있어, 본 발명에 따른 전기변색소자로 스마트 윈도우, 건축용 창유리, 차량용 썬루프, 스포츠 안경 등의 제품으로 구현할 시, 태양광에 노출되는 측에 제 1 변색물질층(103)과 제 1 전극층(102)을 배치함으로써, 반대측에 배치된 제 2 변색물질층(105)이 자외선에 취약한 MEPE를 포함함에도 불구하고, 무기 계열의 제 1 변색물질층(103)이 자외선을 차폐하는 기능을 수행할 수 있어, 본 발명의 전기변색소자는 자외선(UV)에 대한 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 태양광에 노출되는 측에 추가적인 자외선 차단막(110)을 형성하여, 외부에서 투입되는 자외선(UV)를 방지할 수 있어, 자외선(UV)에 대한 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
도 20은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자를 포함하는 전기변색장치를 나타낸다.
도 20를 참고하면, 전기변색장치(1500)는 케이스(1510), 케이스(1510) 내에 배치되는 회로기판(1520), 회로기판(1520)과 커넥터(1530)를 통하여 연결된 전기변색소자(100)를 포함할 수 있다. 전기변색소자(100)는 도 20(a)와 같이 회로기판(1520)과 함께 케이스(1510) 내에 실장되거나, 도 20(b)와 같이 회로기판(1520), 및 커넥터(1530)와 전기변색소자(100)의 일부 영역이 케이스(1530) 내에 실장되고, 전기변색소자(100)의 나머지 영역은 케이스(1510) 외부로 노출되어 있는 형태일 수도 있다.
커넥터(1530)는 연성인쇄회로기판(FPCB) 또는 연성평탄케이블(FFC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 20(a)와 같은 전기변색장치는 선반에 부착되는 것일 수 있으며, 도 20(b)와 같은 전기변색장치는 선반에 걸리거나 천장에 매달리는 것일 수 있다. 도 20(b)와 같이 전기변색 장치에 Flexible 한 전기변색소자를 사용할 경우 종이(Paper)와 같은 효과를 구현할 수 있어, 소비자들로부터 친근감을 유발 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기변색장치는 전자선반라벨에 적용될 수 있으며, 전자선반라벨은 마트 등에서 가격정보, 스토어 심볼(symbol), 프로모션 이미지, 바코드, 상품명, 상품이미지, 원산지 등의 정보를 표시하는 수단으로 다양하게 사용될 수 있다. 또는 물류센터 등에서 물품명, 수량 등의 정보를 표시하는 수단으로 다양하게 사용될 수 있다.
도 21은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색장치가 적용된 전자선반라벨 시스템을 도시한 도면이다.
서버(2100)는 상품에 대한 정보가 저장되는 곳이며, 서버(2100)는 게이트웨이(2200) 및 송신기(2300)를 경유하여 전자선반라벨(1500)과 통신채널을 형성할 수 있다. 서버(2100)와 게이트웨이(2200), 및 송신기(2300)는 이더넷 등 유선 네트워크 또는 와이파이 등 무선 네트워크로 연결될 수 있다.
송신기(2300)와 전자선반라벨(1500)은 와이파이, 블루투스, RF 등 무선 네트워크로 연결될 수 있다. 송신기(2300)는 서버(2100)에서 상품 정보를 수신하여 전자선반라벨(1500)에 전송하고, 동작모드에 따라서 전자선반라벨(1500)에 전력을 전송할 수 있다.
전자선반라벨(1500)은 제어부, 통신모듈, 저장부 및 디스플레이부를 포함할 수 있다. 전자선반라벨(1500)은 내부에 배터리를 구비할 수도 있다. 또는 전자선반라벨(1500)은 무선전력 충전 모듈을 구비하여 무선충전될 수 있다. 제어부는 통신모듈이 통신을 수행하는 것을 제어하며, 통신모듈이 수신한 상품 정보를 디스플레이부에 표시할 수 있다. 또한, 송신기(2300)에서 전력이 송신되는 경우 전력을 수신하여 신호를 직류전압으로 변환하고, 무선전력 충전 모듈로 전압을 공급할 수 있다. 저장부는 디스플레이부에 표시되는 데이터를 저장한다. 통신모듈은 송신기로부터 상품 정보를 수신하거나, 송신기로부터 전력을 전송받을 수 있다. 디스플레이부는 제어부로부터 전송받은 상품 정보를 표시한다. 디스플레이부는 전기변색소자일 수 있다.
본 명세서에서, 제 1 전극층(102)은 버스전극(200) 및 투명전극(250)을 포함하는 것으로 설명되고 있으나, 본 발명의 실시예는 제 1 전극층(102)이 버스전극(200)을 포함하지 아니하고, 투명전극(250)만을 포함하는 경우에도 적용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 설명의 편의를 위하여 제 1 전극층(102)만이 버스 전극(200) 및 투명전극(250)을 포함하는 것으로 설명되고 있으나, 이로 제한되지 않으며, 제 2 전극층(106)도 제 1 전극층(102)과 동일한 구조를 가질 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 설명의 편의를 위하여 제 1 전극층(102) 측을 중심으로 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제 2 전극층(106) 측에도 제 1 전극층(102) 측과 동일한 구조가 적용될 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 101: 제 1 기판
102: 제 1 전극층 103: 제 1 변색물질층
104: 전해질층 105: 제 2 변색물질층
106: 제 2 전극층 107: 제 2 기판
108: 실링부 109: 패드전극
200: 버스전극 202: 보호층
203: 잔여 버스전극 210: 수지층
250: 투명전극 1500: 전자선반라벨

Claims (13)

  1. 제 1 단자와 연결되는 제 1 전극층,
    상기 제 1 전극층 상에 배치되고, 제 1 변색물질을 포함하는 제 1 변색물질층,
    상기 제 1 변색물질층 상에 배치된 전해질층,
    상기 전해질층 상에 배치되고, 제 2 변색물질을 포함하는 제 2 변색물질층, 및
    상기 제 2 변색물질층 상에 배치되며, 상기 제 1 단자와 극성이 상이한 제 2 단자와 연결되는 제 2 전극층을 포함하며,
    상기 제 1 변색물질은 무기 재료를 포함하고,
    상기 제 2 변색물질은 전이 금속 및 상기 전이 금속과 결합하는 유기 재료를 포함하는 전기변색소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변색물질층의 착색 색상 및 탈색 색상 중 하나와 상기 제 2 변색물질층의 착색 색상 및 탈색 색상 중 하나가 혼합되어,
    상기 제 1 전극층 및 상기 제 2 전극층 중 적어도 하나의 외부로 노출되는 전기변색소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 변색물질층은 제 1 변색 영역과 제 2 변색 영역으로 구분되며, 상기 제 1 변색 영역에는 상기 제 1 변색물질이 배치되고, 상기 제2 변색 영역에는 상기 제 1 변색물질과 상이한 색상으로 착색되는 제 3 변색물질이 배치되는 전기변색소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 3 변색물질은 탈색 시 광투과율이 50% 이상인 전기변색소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 변색물질은 CIE Lab 표색계에 따른 b* 값이 양수인 전기변색소자.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 변색물질의 두께와 상기 제 3 변색물질의 두께는 상이한 전기변색소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변색물질층과 상기 제 2 변색물질층의 면적은 동일한 전기변색소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 변색물질층과 상기 제 2 변색물질층의 면적은 상이한 전기변색소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 변색물질층은 서로 이격된 제 1 변색영역 및 제 2 변색 영역으로 구분되고,
    상기 제 2 변색영역의 상기 제 2 변색물질층의 면적은 상기 제 1 변색물질층의 면적과 동일한 전기변색소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전이 금속과 상기 유기 재료는 π-콘쥬게이션(π-conjugation) 결합된 전기변색소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전이 금속은 Fe, CO 및 Ru 로부터 선택된 적어도 하나인 전기변색소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층이 태양광에 노출되는 측에 배치되는 전기변색소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층 하면에 배치되는 자외선 차단막을 더 포함하는 전기변색소자.
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