KR20190108250A - 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재 - Google Patents

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KR20190108250A KR1020180029537A KR20180029537A KR20190108250A KR 20190108250 A KR20190108250 A KR 20190108250A KR 1020180029537 A KR1020180029537 A KR 1020180029537A KR 20180029537 A KR20180029537 A KR 20180029537A KR 20190108250 A KR20190108250 A KR 20190108250A
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Abstract

본 발명은 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 스마트기기의 전원 공급에 의하여 색이 변경되는 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로서, 상기 스마트기기의 디스플레이부를 제외한 부분의 면을 형성하는 기판부; 상기 기판부를 감싸도록 형성되는 전기변색소자 및 상기 전기변색소자를 감싸도록 형성되는 투명기판부를 포함하고, 상기 전기변색소자가 상기 스마트기기로부터 공급받는 전원의 전압크기에 따라 색이 변경되는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재를 제공할 수 있다.

Description

전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재{Smart device exterior material using electrochromic device}
본 발명은 전지변색소자를 이용한 스마트기기 외장재에 관한것으로, 더욱 상세하게는 스마트기기의 외장소재를 전기변색소자로 구성하여 사용자가 원하는 색으로 변색하여 스마트기기의 외관을 고급스럽게 형성할 수 있도록 하는 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재에 관한 것이다.
종래 스마트폰의 외장재의 색을 구현하기 위하여 전기도금, sputtering등의 방식으로 기판에 일정한 두께와 굴절율을 가지는 박막을 형성하여, 외장재의 색을 다양하게 구성하여 제품이 출시되고 있다.
그러나, 이렇게 형성한 외장재는 한 가지 색만 구현할 수 있으므로 사용자가 일정 기간 이상 제품을 사용한 후 변심에 의하여 색을 변경하고자 할 경우 새롭게 외장재를 구입하여야 하거나, 필름 같은 것을 덧붙여서 색을 변경해야 한다.
또한 외장재에 정확한 색을 구현하기 위하여 박막의 두께와 굴절율을 정확하게 제어하고 외장재 전체 면적에 박막의 균일함이 동시에 진행되어야 하기 때문에, 색 구현 작업에 어려움이 있었고 제조된 외장재의 색에 조금씩 차이가 발생하는 경우가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 스마트기기의 외장소재를 전기변색소자로 구성하여 사용자가 원하는 색으로 변색하여 스마트기기의 외관을 고급스럽게 형성할 수 있도록 하는 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재를 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 스마트기기의 전원 공급에 의하여 색이 변경되는 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로서, 상기 스마트기기의 디스플레이부를 제외한 부분의 면을 형성하는 기판부; 상기 기판부를 감싸도록 형성되는 전기변색소자 및 상기 전기변색소자를 감싸도록 형성되는 투명기판부를 포함하고, 상기 전기변색소자가 상기 스마트기기로부터 공급받는 전원의 전압크기에 따라 색이 변경되는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재를 제공할 수 있다.
또한, 상기 전기변색소자는 상기 기판부에 접하는 제1 전극층; 상기 제1 전극층의 하부에 형성되는 전기변색소재층; 상기 전기변색소재층의 하부에 형성되는 이온전달소재층; 상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 이온저장소재층 및 상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 제2 전극층을 포함하고, 상기 제1 전극층 및 제2 전극층이 상기 스마트기기와 연결되어 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기변색소재층은 WOx, TiOx, VxOy, NbxOy 및 MoOx 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(여기서, x 및 y는 양의 정수임)
또한, 상기 이온전달소재층은 TaxOy, CrxOy, MgFx 및 ZrOx 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(여기서, x 및 y는 양의 정수임)
또한, 상기 이온전달소재층은 두께가 200 내지 700nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이온저장소재층은 Ir, Ta, IrTa, NiOx, IrOx, CrxOy, MnOx, FeOx, CoOx 및 RhOx 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(여기서, x 및 y는 양의 정수임)
또한, 상기 투명기판부는 유리, PI, PEN, PET 및 PE 중 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스마트기기 외장재는 상기 스마트기기에 입력되는 색깔정보에 따라 색깔이 변경되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 상기 전기변색소자는 상기 기판부에 접하는 전기변색소재층; 상기 전기변색소재층의 하부에 형성되는 이온전달소재층; 상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 이온저장소재층 및 상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 제2 전극층을 포함하되, 상기 기판부는 Al foil, Carbon foil, Graphite, Graphene, Ni foil, Ti foil 및 Invar 중 하나로 이루어지고, 상기 기판부 및 제2 전극층이 상기 스마트기기와 연결되어 전원을 공급받는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 스마트기기의 외장소재를 전기변색소자로 구성하여 사용자가 원하는 색으로 변색하여 스마트기기의 외관을 고급스럽게 형성할 수 있다.
또한, 기존의 스마트기기 외장재의 색 구현을 위한 균일한 박막층 구현 및 색에 따라 박막층 종류 변경 등 색 구현 작업의 어려움 및 복잡성을 해소해줄 수 있다.
또한, 이러한 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 스마트폰뿐만 아니라 모든 스마트기기의 외장재로 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로 형성된 스마트기기 예시도.
도 2는 도 1의 A-A'를 절단하여 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로 형성된 스마트기기의 단면을 나타낸 A-A' 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재의 단면도.
도 4의 (a) 및 (b) 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재의 이온 이동을 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재의 단면도.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해 되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로 형성된 스마트기기 예시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'를 절단하여 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로 형성된 스마트기기의 단면을 나타낸 A-A' 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재의 단면도이다.
도 4의 (a) 및 (b) 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재의 이온 이동을 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재(1)는 스마트기기의 하우징에 적용된 스마트기기 외장재로써, 전기변색소자를 구성하고 스마트기기의 전원 공급을 통해 사용자가 원하는 색으로 변색하여 스마트기기의 외관을 고급스럽게 형성하도록 하는 것이다.
즉, 스마트기기 외장재(1)는 스마트기기의 디스플레이부(D)를 제외한 부분의 면으로 형성되어 스마트기기의 색을 나타내는 부분일 수 있다.
더욱 구체적으로, 스마트기기 외장재(1)는 기판부(10), 전기변색소자(20) 및 투명기판부(30)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 스마트기기 외장재(1)는 설명의 편의성을 위해 도면에 도시된 바와 같이 디스플레이부(D)를 상부 구성으로 보고 이를 기준으로 설명하기로 한다.
기판부(10)는 스마트기기의 디스플레이부(D)를 제외한 부분의 면을 형성할 수 있다. 즉, 기본의 스마트기기의 하우징 부분에 해당하는 면들에 형성될 수 있는 것이다.
이러한 기판부(10)는 기존의 스마트기기에 사용되었던 플라스틱, 금속일 수 있고, 이에 한정되지 않고 유리, 산화인듐주석, 불소가 도핑된 산화주석 등 여러가지 소재로 이루어질 수 있다.
전기변색소자(20)는 기판부(10)를 감싸도록 형성될 수 있다. 즉, 기판부(10)의 하면에 형성될 수 있다.
이러한 전기변색소자(20)는 스마트기기로부터 공급받는 전원의 전압크기에 따라 색이 변경될 수 있다.
더욱 구체적으로, 전기변색소자(20)는 제1 전극층(200), 전기변색소재층(210), 이온전달소재층(220), 이온저장소재층(230) 및 제2 전극층(240)을 포함할 수 있다.
제1 전극층(200)은 기판부(10)에 접하게 형성되는, 즉 기판부(10)의 하면 전체 또는 기판부(10) 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극층(200)은 스마트기기와 연결되어 전기변색소자(20)에 전원이 공급될 수 있도록 한다.
이러한 제1 전극층(200)은 저항성이 낮고, 투과율 및 필름 농도가 높으며, 박막 균일성이 높은 소재로 형성될 수 있는데, 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다.
더욱 자세하게는, 제1 전극층(200)은 인듐이 도핑된 산화아연(Indium doped Zinc Oxide, IZO), 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(Aluminium doped Zinc Oxide, AZO), 붕소가 도핑된 산화아연(Boron doped Zinc Oxide, BZO), 텅스텐이 도핑된 산화아연(WZO), 텅스텐이 도핑된 산화주석(WTO), 플루오르가 도핑된 산화주석(Fluor doped Tin Oxide, FTO), 갈륨이 도핑된 산화아연(Galium doped Zinc Oxide, GZO), 안티몬이 도핑된 산화주석 (Antimony doped Tin Oxide, ATO), IWO, 망가니즈가 도핑된 산화주석(Manganese doped Tin Oxide, MTO, MnSnO) 등의 전도성 산화물 중 하나일 수 있다.
여기서 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(Aluminium doped Zinc Oxide, AZO) 및 플루오르가 도핑된 산화주석(Fluor doped Tin Oxide, FTO) 중 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제1 전극층(200)은 망가니즈가 도핑된 산화주석(Manganese doped Tin Oxide, MTO, MnSnO)으로 형성될 수 있는데, 이때 MTO는 MnxSnyO이며, SnO에서 Sn이 Mn으로 치환된 구조로 y가 1-x일 수 있다.
여기서 x 및 y는 양의 정수이며, x가 0 초과 및 0.06 미만의 범위에 해당할 수 있다.
이때, x가 0.06을 초과할 경우 표면거칠기가 증가되어 박막 균일성이 저하되고 전기적 및 광학적 특성이 저하될 수 있다.
또한, 제1 전극층(200)은 두께가 100 내지 1000nm로 형성될 수 있고, 350nm로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
이때, 제1 전극층(200)의 두께가 100nm 미만일 경우 저항이 커질 수 있고, 1000nm를 초과할 경우 투과율이 저하되어 색 발현에 문제가 될 수 있다.
또한, 제1 전극층(200)은 금속으로 형성될 수 있데, 형성된 금속의 색깔에 따라 전체 스마트기기 외장재(1)가 나타낼 수 있는 색상을 변경시킬 수 있다.
즉, 제1 전극층(200)의 색과 전기변색소재층(210) 및 이온저장소재층(230)의 전원공급에 의한 색이 중첩되어 나타내는 색이 스마트기기 외장재(1)가 최종적으로 나타내는 색이 되기 때문에 최종적인 색상을 변경할 수 있는 것이다.
더욱 자세하게는, 제1 전극층(200)은 Au, Cu, Pt, Al, Ag, Ru, Mo, Cr, Pb 및 In 중 하나로 이루어질 수 있다.
전기변색소재층(210)은 제1 전극층(200)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극층(200)의 하면 전체 또는 제1 전극층(200)을 하부에서 덮도록 형성될 수 있다.
이러한 전기변색소재층(210)은 스마트기기의 전원 공급에 의하여 이온이 주입되면 착색되고 다시 이온이 방출되면 탈색되어 색이 변하는 것으로, 공급되는 전원의 +전압 크기에 따라 색이 변경될 수 있다.
즉, 전기변색소재층(210)은 전원을 공급받아 환원반응이 일어나면 투명에서 불투명하게, 산화반응이 일어나면 불투명에서 투명하게 변하는 것으로, 전원의 전압에 따라 이온이 조절되어 착색되는 크기가 조절될 수 있는 것이다.
이와 같이, 전기변색소재층(210)은 산화 및 환원반응에 의해 색의 투명도가 조절되어 색이 변색될 수 있는 것이다. 이러한 색이 변경되는 것에 관하여는 이온저장소재층(230)에서 더욱 자세하게 설명하기로 한다.
이러한 전원 공급에 의해 색이 변하기 위해 전기변색소재층(210)은 환원착색물질인 금속산화물로 형성될 수 있는데, 예를 들어 텅스텐 산화물(WOx), 티타늄 산화물(TiOx), 바나듐 산화물(VxOy), 나이오븀 산화물(NbxOy) 및 몰리브덴 산화물(MoOx) 중 하나로 이루어질 수 있고, 탄탈 산화물(TaOx)도 사용될 수 있다. 이때, x 및 y는 양의 정수이다.
여기서, 전기변색소재층(210)은 텅스텐 산화물(WOx)로 이루어지는 것이 바람직하며, 보다 정확하게는 수소화된 WO3일 수 있다.
수소화된 WO3를 사용할 경우 투명에서 deep blue로 색이 변하기 때문에 WO3인 전기변색소재층(210) 아래에 형성된 이온저장소재층(230) 등의 색 조합으로 다양한 색이 구현 가능하며, 수소 이온을 사용할 경우 변색 효율, 응답속도, 내구성 등의 전기변색 성능이 가장 뛰어나기 때문이다. 또한, 가격도 저렴한 장점이 있다.
또한, 전기변색소재층(210)은 두께가 100 내지 600nm로 형성될 수 있고, 300nm로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
이때, 전기변색소재층(210)의 두께가 100nm 미만일 경우 이온과 반응하는 양이 충분하지 않아 변색 효과가 떨어지게 되고, 600nm를 초과할 경우 외부에서 걸어주는 전압에 의한 전기장의 크기가 약해지기 때문에 이온의 이동이 저하되어 변색이 잘 나타나지 않을 수 있다.
이온전달소재층(220)은 전기변색소재층(210)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 전기변색소재층(210)의 하면 전체 또는 제1 전극층(200)을 하부에서 덮도록 형성될 수 있다.
이러한 이온전달소재층(220)은 전기변색소재층(210) 및 이온저장소재층(230)과 반응하는 산화 및 환원물질이 이온을 이동시켜 전달하여, 전기변색소재층(210) 및 이온저장소재층(230)에 잘 전달되도록 할 수 있다.
이와 같은 이온전달소재층(220)은 탄탈 산화물(TaxOy), 크롬 산화물(CrxOy), a-LiAlF4, LixN, MgFx, 지르코늄 산화물(ZrOx) 등의 고체 전해질 중 하나로 형성될 수 있다. 여기서, x 및 y는 양의 정수이다.
이러한 이온전달소재층(220)을 이루는 전해질은 전달되는 이온이 어떤 것이냐에 따라 선택되어 사용될 수 있는데, 대표적으로 H+ 및 Li+ 이온이 있다.
여기서, 본 발명의 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 H+ 이온을 사용하는 경우로, Ta2O5, Cr2O3, MgF2 및 ZrO2 중 하나로 이루어질 수 있고, Ta2O5로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
이는 Ta2O5는 가장 제조하기 쉽고, TaxOy에서 y가 5 미만일 경우 물질의 전기전도도는 증가할 수 있으나 투과도가 저하될 수 있기 때문이다.
또한, 스퍼터링(sputtering), 증발(evaporation) 등의 진공방식으로 박막 형태의 금속 산화물인 TaxOy를 형성할 경우에 y가 5를 초과하면 박막이 쉽게 형성되지 않는 단점이 있다.
또한, 이온저장소재층(230)은 두께가 200 내지 700nm로 형성될 수 있고, 450nm로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
이때, 이온전달소재층(220)의 두께가 200nm 미만일 경우 이온전달소재층(220)의 상하에 존재하는 전기변색소재층(210)과 이온저장소재층(230)간의 거리가 짧아 접촉이 발생할 수 있고, 700nm를 초과할 경우 이온이 이동할 거리가 늘어나게 되어 변색 효과가 없어지거나 속도가 너무 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이온저장소재층(230)는 이온전달소재층(220)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 이온전달소재층(220)의 하면 전체 또는 이온전달소재층(220)을 하부에서 덮도록 형성될 수 있다.
이러한 이온저장소재층(230)은 스마트기기의 전원 공급에 의하여 이온이 방출되면 착색되고 다시 이온이 주입되면 탈색되어 색이 변하는 것으로, 전기변색소재층(210)과 반대의 원리로 공급되는 전원의 +전압 크기에 따라 색이 변경될 수 있다.
즉, 이온저장소재층(230)은 전원을 공급받아 산화반응이 일어나면 투명에서 불투명하게, 환원반응이 일어나면 불투명에서 투명하게 변하는 것으로 색이 변색될 수 있다.
이온저장소재층(230)은 전기변색소재층(210)과 같이 산화 및 환원반응에 의해 색의 투명도가 조절되어 색이 변색될 수 있는 것으로, 전기변색소재층(210)에서 환원반응이 일어나면 이온저장소재층(230)은 산화반응이 전기변색소재층(210)에서 산화반응이 일어나면 이온저장소재층(230)은 환원반응이 일어나는 것이다.
이를 위해, 이온저장소재층(230)은 전기변색소재층(210)과 반대로 산화착색물질인 금속산화물로 형성될 수 있고, 예를 들어 이리듐(Ir), 탄탈륨(Ta), IrTa, 니켈 산화물(NiOx), 이리듐 산화물(IrOx), 크롬 산화물(CrxOy), 망간 산화물(MnOx ), 철 산화물(FeOx ), 코발트 산화물(CoOx) 및 로듐 산화물(RhOx) 중 하나로 이루어질 수 있다. 여기서, x 및 y는 양의 정수이다.
여기서 이온저장소재층(230)은 바람직하게는 니켈 산화물(NiOx) 또는 IrTa로 이루어질 수 있고, 보다 정확하게는 수소를 포함하는 IrTa로 이루어질 수 있다.
이온저장소재층(230)으로 IrTa를 사용하는 것은 이리듐(Ir)을 단독으로 사용할 경우 수분이나 UV에 의해 분해되기가 쉬워 이를 방지하기 위해 IrTa를 사용할 수 있다.
더욱 구체적으로, IrTa는 IrTa의 100중량%에 대해 이리듐(Ir) 15 내지 40중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 28중량%를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
이때, 이리듐(Ir)의 함량이 15중량% 미만일 경우 이온저장소재층(230)으로써의 역할을 잘 수행하지 못하고, 40중량%를 초과할 경우 자외선과 반응하여 변색효과가 저하될 수 있다.
또한, 이온저장소재층(230)은 두께가 30 내지 600nm로 형성될 수 있고, 80nm로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
이때, 이온저장소재층(230)의 두께가 30nm 미만일 경우 이온 저장량이 충분하지 않아서 변색효과가 잘 나타나지 않고, 600nm를 초과할 경우 이온 이동시 이온저장소재층(230)의 두께로 인한 이동거리가 증가하여 충분한 시간 내에 이온이 빠져나가지 못하고, 변색하는데 걸리는 시간이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
제2 전극층(240)은 이온전달소재층(220)의 하부에 형성될 수 있다. 즉, 이온전달소재층(220)의 하면 전체 또는 이온전달소재층(220)를 하부에서 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극층(240)은 스마트기기와 연결되어 전기변색소자(20)에 전원이 공급될 수 있도록 한다. 즉, 제1 전극층(200) 및 제2 전극층(240)으로 전원이 공급되고 전기변색소자(20)에 전류가 흐를 수 있는 것이다.
이러한 제2 전극층(240)은 저항성이 낮고, 투과율 및 필름 농도가 높으며, 박막 균일성이 높은 소재로 형성될 수 있는데, 투명 전도성 산화물로 형성될 수 있다.
더욱 자세하게는, 제2 전극층(240)은 인듐이 도핑된 산화아연(Indium doped Zinc Oxide, IZO), 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(Aluminium doped Zinc Oxide, AZO), 붕소가 도핑된 산화아연(Boron doped Zinc Oxide, BZO), 텅스텐이 도핑된 산화아연(WZO), 텅스텐이 도핑된 산화주석(WTO), 플루오르가 도핑된 산화주석(Fluor doped Tin Oxide, FTO), 갈륨이 도핑된 산화아연(Galium doped Zinc Oxide, GZO), 안티몬이 도핑된 산화주석 (Antimony doped Tin Oxide, ATO), IWO, 망가니즈가 도핑된 산화주석(Manganese doped Tin Oxide, MTO, MnSnO) 등의 전도성 산화물 중 하나일 수 있다.
여기서 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO), 알루미늄이 도핑된 산화아연(Aluminium doped Zinc Oxide, AZO) 및 플루오르가 도핑된 산화주석(Fluor doped Tin Oxide, FTO) 중 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 전극층(240)은 망가니즈가 도핑된 산화주석(Manganese doped Tin Oxide, MTO, MnSnO)으로 형성될 수 있는데, 이때 MTO는 MnxSnyO이며, SnO에서 Sn이 Mn으로 치환된 구조로 y가 1-x일 수 있다.
여기서 x 및 y는 양의 정수이며, x가 0 초과 및 0.06 미만의 범위에 해당할 수 있다.
이때, x가 0.06을 초과할 경우 표면거칠기가 증가되어 박막 균일성이 저하되고 전기적 및 광학적 특성이 저하될 수 있다.
제2 전극층(240)은 두께가 50 내지 700nm로 형성될 수 있고, 350nm로 형성되는 것이 가장 바람직하다.
이때, 제2 전극층(240)의 두께가 50nm 미만일 경우 저항이 커질 수 있고, 700nm를 초과할 경우 투과율이 저하될 수 있다. 여기서 제2 전극층(240)의 두께는 제1 전극층(200)과 같이 100nm 내지 1000nm로도 형성될 수 있으나, 50 내지 700nm가 가장 바람직하다.
도 4를 참조하면, (a)는 전기변색소자(20)가 탈색된 상태일 때, (b)는 전기변색소자가(20)가 착색된 상태일 때 모습이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전기변색소자(20)는 스마트기기로부터 전원이 공급되어 제2 전극층(240)에 +전압이 인가되어 전류가 흐르게 되면, 이온저장소재층(230)은 산화반응으로 이온이 방출되어 착색되고, 전기변색소재층(210)은 환원반응으로 이온이 주입되어 착색되는 것으로, 전기변색소자(20)가 변색하여 스마트기기 외장재(1)의 색이 변할 수 있는 것이다.
또한, 스마트기기로부터 전원 공급이 차단되면, 이온저장소재층(230)은 환원반응으로 이온이 주입되어 발색되고, 전기변색소재층(210)은 산화반응으로 이온이 방출되어 탈색되는 것으로, 전기변색소자(20)에 의해 스마트기기 외장재(1)가 투명한 상태로 돌아갈 수 있다.
이와 같이, 공급되는 전원의 전압크기로 전기변색소자(20)의 투명도를 조절하여 원하는 색상으로 스마트기기 외장재(1)의 색을 구현할 수 있다.
투명기판부(30)는 전기변색소자(20)를 감싸도록 형성되어, 전기변색소자(20)를 보호하여 전기변색소자(20)의 손상, 파손, 긁힘 등을 방지할 수 있다.
이러한 투명기판부(30)는 투명한 유리, PI, PEN, PET 및 PE 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
또한, 스마트기기 외장재(1)는 스마트기기에 입력되는 색깔정보에 따라 색깔이 변경될 수 있다. 이는 더욱 구체적으로, 스마트기기에 색깔정보를 입력 또는 선택할 수 있는 앱이 포함되어 있어, 스마트기기의 앱을 통해 사용자가 색깔정보를 입력 또는 선택하면, 색깔정보에 따라 스마트기기로부터 공급되는 전원의 전압크기가 조절되어 스마트기기 외장재(1)의 색이 조절되어 변경될 수 있다.
이에 따라 사용자가 용이하게 자신이 구현하고 싶은 색으로 스마트기기 외장재(1)의 색을 변경할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재(1)는 기판부(10), 전기변색소자(20) 및 투명기판부(30)를 포함하고, 전기변색소자(20)는 전기변색소재층(210), 이온전달소재층(220), 이온저장소재층(230) 및 제2 전극층(240)을 포함할 수 있다.
이는 기판부(10)가 제1 실시예와 다른 소재로 구성되어, 제1 실시예에 따른 전기변색소자(20)의 제1 전극층(200)의 역할을 대신할 수 있어, 제2 실시예에 따른 전기변색소자(20)는 제1 전극층(200)은 구성되지 않은 것이다.
이와 같이, 제2 실시예에 따른 스마트기기 외장재(1)는 기판부(10) 및 전기변색소자(20)에서 제1 전극층(200)의 구성이 없는 것을 제외하고 제1 실시예에 따른 스마트기기 외장재(1)와 실질적으로 동일하다.
따라서, 기판부(10)에 대하여만 설명하기로 한다.
기판부(10)는 알루미늄 박(Al foil), 카본 박(Carbon foil), 흑연(Graphite), 그래핀(Graphene), 니켈 박(Ni foil), 티타늄 박(Ti foil) 및 Invar(Fe64Ni36) 중 하나로 이루어질 수 있다.
이때, 기판부(10)는 제1 실시예의 제1 전극층(200)을 대신하여 스마트기기와 연결되어 스마트기기 외장재(1)가 전원을 공급받아 전류가 흐르도록 할 수 있다.
이와 같이 기판부(10)가 형성되어 전기변색소자(20)에 2개의 전극층(제1 및 제2 전극층)을 구비하지 않고 하나의 전극층(제2 전극층)만을 구비하여 전원을 공급받을 수 있도록 할 수 있다.
이에 따라, 스마트기기 외장재(1)의 전체 두께를 얇게 형성할 수 있도록 한다.
또한, 기판부(10)의 하나 구성으로 반사율을 높이는 미러 및 전극의 기능을 할 수 있다.
또한, 기본적으로 foil은 유연한 성질을 가지고 있어 스마트기기 외장재의 형태에 구애 받지 않을 수 이다.
이 중 그래핀(Graphene)을 사용할 경우 그래핀은 흑연(Graphite)의 mono layer이기 때문에 스마트기기 외장재의 전체 두께를 좀더 얇게 할 수 있다.
흑연(Graphite)은 강도가 높아 흑연으로 형성될 경우 기계적인 특성이 우수할 수 있다.
또한, 기판부(10)의 색깔에 따라 스마트기기 외장재(1)가 나타내는 색상을 변경시킬 수 있다.
즉, 기판부(10)의 색과 전기변색소재층(210) 및 이온저장소재층(230)의 전원공급에 의한 색이 중첩되어 나타내는 색이 스마트기기 외장재(1)가 최종적으로 나타내는 색이 되기 때문에 최종적인 색상을 변경할 수 있는 것이다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 스마트기기의 외장소재를 전기변색소자로 구성하여 사용자가 원하는 색으로 변색하여 스마트기기의 외관을 고급스럽게 형성할 수 있다.
또한, 기존의 스마트기기 외장재의 색 구현을 위한 균일한 박막층 구현 및 색에 따라 박막층 종류 변경 등 색 구현 작업의 어려움 및 복잡성을 해소해줄 수 있다.
또한, 이러한 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재는 스마트폰뿐만 아니라 모든 스마트기기의 외장재로 적용될 수 있다.
상기에서 본 발명의 실시예에 따른 스마트기기 외장재를 제1 및 제2 실시예로 나누어서 설명하였으나, 이는 설명의 편의성 및 이해가 쉽도록 하기 위해 실시예를 나눠 설명한 것으로, 각 실시예에 한정되는 것이 아니며, 실시예의 구성은 설계 변경하여 서로 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
D: 디스플레이부
1: 스마트기기 외장재
10: 기판부
20: 전기변색소자
200: 제1 전극층
210: 전기변색소재층
220: 이온전달소재층
230: 이온저장소재층
240: 제2 전극층
30: 투명기판부

Claims (9)

  1. 스마트기기의 전원 공급에 의하여 색이 변경되는 전기변색소자를 이용한 스마트기기 외장재로서,
    상기 스마트기기의 디스플레이부를 제외한 부분의 면을 형성하는 기판부;
    상기 기판부를 감싸도록 형성되는 전기변색소자 및
    상기 전기변색소자를 감싸도록 형성되는 투명기판부를 포함하고,
    상기 전기변색소자가 상기 스마트기기로부터 공급받는 전원의 전압크기에 따라 색이 변경되는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자는,
    상기 기판부에 접하는 제1 전극층;
    상기 제1 전극층의 하부에 형성되는 전기변색소재층;
    상기 전기변색소재층의 하부에 형성되는 이온전달소재층;
    상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 이온저장소재층 및
    상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 제2 전극층을 포함하고,
    상기 제1 전극층 및 제2 전극층이 상기 스마트기기와 연결되어 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전기변색소재층은,
    WOx, TiOx, VxOy, NbxOy 및 MoOx 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
    (여기서, x 및 y는 양의 정수임)
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이온전달소재층은,
    TaxOy, CrxOy, MgFx 및 ZrOx 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
    (여기서, x 및 y는 양의 정수임)
  5. 제2항에 있어서,
    상기 이온전달소재층은,
    두께가 200 내지 700nm인 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 이온저장소재층은,
    Ir, Ta, IrTa, NiOx, IrOx, CrxOy, MnOx, FeOx, CoOx 및 RhOx 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
    (여기서, x 및 y는 양의 정수임)
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투명기판부는,
    유리, PI, PEN, PET 및 PE 중 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자는,
    상기 기판부에 접하는 전기변색소재층;
    상기 전기변색소재층의 하부에 형성되는 이온전달소재층;
    상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 이온저장소재층 및
    상기 이온전달소재층의 하부에 형성되는 제2 전극층을 포함하되,
    상기 기판부는 Al foil, Carbon foil, Graphite, Graphene, Ni foil, Ti foil 및 Invar 중 하나로 이루어지고,
    상기 기판부 및 제 2 전극층이 상기 스마트기기와 연결되어 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스마트기기 외장재는,
    상기 스마트기기에 입력되는 색깔정보에 따라 색깔이 변경되는 것을 특징으로 하는 스마트기기 외장재.
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