KR20200120142A - 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법 및 그에 의한 일렉트로크로믹 디바이스 - Google Patents

일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법 및 그에 의한 일렉트로크로믹 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법 및 그에 의한 일렉트로크로믹 디바이스에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법은, 제1 투명 전도성 산화물 기판 상에 텅스텐 박막을 형성하는 단계; 상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계; 및 상기 산화텅스텐 박막 및 제2 투명 전도성 산화물 기판 사이에 전해질을 주입하고 실링하는 단계;를 포함한다.

Description

일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법 및 그에 의한 일렉트로크로믹 디바이스{MANUFACTURING METHOD OF ELECTROCHROMIC DEVICE AND ELECTROCHROMIC DEVICE THEREBY}
본 발명은 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법 및 그에 의한 일렉트로크로믹 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로, 일렉트로크로믹 반응(electrochromism)이란 어떤 물질에 외부 전류를 가한 경우 전기화학적 환원반응(양극반응)과 산화반응(음극반응)에 의해 이온과 전자가 들어오고 나가는 반응이 일어나며, 그에 따라 물질의 색상이 가역적으로 변하게 되는 현상, 즉 전기장이 인가되면 색을 띠게 되고 반대의 전기장을 가하면 탈색되는 현상을 가리킨다.
이러한 일렉트로크로믹 반응현상은 디스플레이 소자, 전자 페이퍼에 사용하기 위한 표시 장치, 스마트 유리 등을 제조하는데 응용되고 있으며, 일렉트로크로믹 재료로는 바나듐 펜타옥사이드, 코발트 옥사이드, 텅스텐 옥사이드, 텅스텐 몰리브덴 옥사이드, 플루오라이드 글래스 등이 주로 사용되고 있다. 이와 같은 일렉트로크로믹 재료는 인가전압에 의하여 색이 변화하는 특징을 갖고 있고, 일렉트로크로믹 재료들은 인가전압이 사라지거나 극성이 반대가 되면 원래의 색으로 돌아오게 된다.
지금까지 가장 널리 이용되고 있는 일렉트로크믹 재료는 산화텅스텐(WO3)이다. 산화텅스텐은 높은 이온이동도(ion mobility)를 갖고 있으며, 가시광선 영역에서 빛을 흡수하여 청색으로 착색된다. 산화텅스텐과 같은 일렉트로크로믹 박막은 전기장이나 전류의 인가에 의하여 가역적인 색의 변화를 겪는다.
산화텅스텐 박막의 형성은 액상도포와 스퍼터를 사용하여 제조한다. 액상도포는 텅스텐 분말을 액상에서 산화시켜 졸(sol) 형태를 만들어 도포하는 방식으로 미세한 텅스텐 분말을 사용하기에 어려움이 있고, 졸을 만들기 위한 공정 시간이 요구된다. 또한, 산화텅스텐 타겟을 이용한 스퍼터는 산화텅스텐이 세라믹이기 때문에 RF 전압을 사용해야 하며, 스퍼터링이 원활하게 일어나지 않아 필요한 두께를 형성하기에 생산성과 양산성에서 적당한 제조공정법이 필요하게 된다.
이에 따라, 생산성과 양산성을 확보하기 위한 기술로 일렉트로크로믹 디바이스 제조에 있어서 산화텅스텐 층을 형성 시 공정조건을 최적화하여 공정 시간을 단축시키고, 응답속도, 착색 효율, 광투과율 조절, 전하밀도가 우수한 일렉트로크로믹 디바이스를 제조하는 방법이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 공정방법의 단순화로 시간 및 제조 비용을 감소시키고, 생산성 및 양산성의 문제를 개선할 수 있는 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 낮은 전압으로도 소자가 구동하고, 빠른 응답속도와 변색을 통한 선형적인 광투과율 조절, 우수한 내구성 및 수명을 가지는 일렉트로크로믹 디바이스를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 제1 투명 전도성 산화물 기판 상에 텅스텐 박막을 형성하는 단계; 상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계; 상기 산화텅스텐 박막 및 제2 투명 전도성 산화물 기판 사이에 전해질을 주입하고 실링하는 단계;를 포함하는, 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법을 제공한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 텅스텐 박막을 형성하는 방법은, 스퍼터링(sputtering)법, 원자층증착(Amotic Layer Deposition; ALD)법, 플라즈마 강화 원자층 증착(Plasma Enhanced Amotic Layer Deposition; PE-ALD)법, 화학기상증착(Chamical Vapor Deposition; CVD)법, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma-Enhanced Chamical Vapor Deposition; PE-CVD)법, 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition; PLD)법 및 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE)법으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 텅스텐 박막은 140 nm 내지 170 nm의 두께로 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 용액은, 과산화수소, 질산, 염산, 황산 및 불산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산성 용액의 농도는 20 % 내지 40 %인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계 후에, 상기 산화텅스텐 박막 상에 형성된 불순물을 제거하는 단계;를 더 포함하고, 상기 산화텅스텐 박막 상에 형성된 불순물을 제거하는 단계는, 상기 산화텅스텐 박막을 포함하는 제1 투명 전도성 산화물 기판을 증류수로 세척하는 단계; 상기 증류수를 에어 나이프(Air knife)를 이용하여 제거하는 단계; 및 건조로에서 건조하여 잔여물을 증발시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 본 발명의 일 측면에 따른 일레트로크로믹 디바이스의 제조방법에 의해 제조되고, 전계 인가 시 광투과율이 80 % 이상이고, 전계 제거 시 광투과율이 5 % 내지 30 %이고, 구동전압이 1 V 내지 3 V이고, 응답속도가 60 초 이내인 것인, 일렉트로크로믹 디바이스를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법에 의하여 낮은 전압으로 소자가 구동하며 60 초 이내의 빠른 응답속도와 변색을 통한 선형적인 광 투과율 조절, 우수한 내구성 및 수명을 갖는 일렉트로크로믹 디바이스를 제조할 수 있다.
종래의 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법은 높은 비용과 복잡한 공정방법을 거쳐 제조되지만 기존 방식과 다른 방식의 습식산화처리 도입으로 제작 비용 절감 및 공정방법의 단순화로 시간 단축을 하고, 생산성 및 양산성의 문제점을 개선할 수 있다.
본 발명의 일렉트로크로믹 디바이스는, 낮은 전압으로도 소자가 구동하고, 빠른 응답속도와 변색을 통한 선형적인 광투과율 조절, 우수한 내구성 및 수명을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일레트로크로믹 디바이스의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 텡스텐 박막 상에 과산화수소 용액을 도포한 후 불순물이 형성된 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 텡스텐 박막 상에 과산화수소 용액을 도포한 후 불순물이 제거된 후의 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스에 5 V 전압을 인가하기 전의 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스에 5 V 전압을 인가한 후의 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 리튬 이온 농도에 따른 빛의 세기(intensity)를 나타낸 광스펙트럼이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법 및 그에 의한 일렉트로크로믹 디바이스에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면은, 제1 투명 전도성 산화물 기판 상에 텅스텐 박막을 형성하는 단계; 상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계; 상기 산화텅스텐 박막 및 제2 투명 전도성 산화물 기판 사이에 전해질을 주입하고 실링하는 단계;를 포함하는, 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법을 나타내는 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법은, 텅스텐 박막 형성 단계(110), 산화텅스텐 박막으로 산화 단계(120) 및 전해질 주입 및 실링 단계(130)를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 텅스텐 박막 형성 단계(110)는, 상기 제1 투명 전도성 산화물 기판 상에 텅스텐 박막을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 투명 전도성 산화물 기판은, 제1 기판 상에 제1 투명 전도성 산화물이 형성된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 기판은 유리, 알루미나, SiO2, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르설포네이트(polyethersulfonate, PES) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 투명 전도성 산화물은, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 불소 도핑 산화주석(FTO), Al-도핑된 아연 산화물(AZO), Ga-도핑된 ZnO(GZO) 및 투명 전도성 산화물(TCO)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물은 전극이 되는 것일 수 있으며, 제1 투명 전도성 산화물 기판의 제1 투명 전도성 산화물은 하부전극, 제2 투명 전도성 산화물 기판의 제2 투명 전도성 산화물은 상부전극인 것일 수 있다. 또는, 제1 투명 전도성 산화물 기판의 제1 투명 전도성 산화물은 상부전극, 제2 투명 전도성 산화물 기판의 제2 투명 전도성 산화물은 하부전극인 것일 수 있다. 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 기판 및 투명 전도성 산화물이 서로 동일할 수도 있고, 각각 다를 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 텅스텐 박막을 형성하는 방법은, 스퍼터링(sputtering)법, 원자층증착(Amotic Layer Deposition; ALD)법, 플라즈마 강화 원자층 증착(Plasma Enhanced Amotic Layer Deposition; PE-ALD)법, 화학기상증착(Chamical Vapor Deposition; CVD)법, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma-Enhanced Chamical Vapor Deposition; PE-CVD)법, 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition; PLD)법 및 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE)법으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는 스퍼터링법을 이용하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 스퍼터링법을 이용하는 경우, 텅스텐 박막의 타겟은 순도 100 %의 초순수에 근접한 텅스텐 타겟일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 텅스텐 박막은 140 nm 내지 170 nm의 두께로 형성하는 것일 수 있다. 상기 텅스텐 박막이 140 nm 미만인 경우 일렉트로크로믹 디바이스의 탈색과 착색의 구동변화 횟수와 높은 전압에서 쉽게 파괴되어 안정성 및 내구성이 떨어지고, 170 nm 초과인 경우 일렉트로크로믹 디바이스의 면저항이 증가하고 투과율이 좋지 않은 문제가 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산화텅스텐 박막으로 산화 단계(120)는, 상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 용액은, 과산화수소, 질산, 염산, 황산 및 불산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 용액은, 드롭캐스팅, 스핀 캐스팅, 스핀코팅, 딥코팅, 분무코팅 및 흐름코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 방법에 의해 상기 텅스텐 박막 상에 도포되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산성 용액의 농도는 20 % 내지 40 %인 것일 수 있다. 상기 산성 용액의 농도가 20 % 미만인 경우 반응속도가 수 분 이상으로 되어 공정 시간의 증가를 초래하고, 40 % 초과인 경우 막질이 평탄하지 못하게 된다.
일 실시형태에 있어서, 상기 도포된 산성 용액이 텅스텐 박막과 상온 반응하여 세라믹의 산화텅스텐 박막을 형성하는 것일 수 있다. 상기 산화텅스텐 박막은 상기 텅스텐 박막에 비해 약간 더 두꺼우나 그 차이가 미미한 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계 후에, 상기 산화텅스텐 박막 상에 형성된 불순물을 제거하는 단계(미도시);를 더 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산화텅스텐 박막 상에 형성된 불순물을 제거하는 단계는, 상기 산화텅스텐 박막을 포함하는 제1 투명 전도성 산화물 기판을 증류수로 세척하는 단계(미도시); 상기 증류수를 에어 나이프(Air knife)를 이용하여 제거하는 단계(미도시); 및 건조로에서 건조하여 잔여물을 증발시키는 단계(미도시);를 포함하는 것일 수 있다. 상기 잔여물은 증류수, 산성 용액, 떨어진 산화텅스텐 박막, 반응 후 H2O를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 불순물을 제거하기 위한 건조로에서의 건조는 100 ℃ 내지 150 ℃의 온도에서 5 분 내지 20 분인 것일 수 있다. 건조시간이 길어짐에 따라 일렉트로크로믹 디바이스의 특성이 개선될 수는 있지만 개선된 정도가 미미하고, 본 발명의 공정 시간의 단축을 위한 것이므로 길게할 필요가 없다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전해질 주입 및 실링 단계(130)는, 상기 산화텅스텐 박막 및 제2 투명 전도성 산화물 기판 사이에 전해질을 주입하고 실링하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 투명전도성 산화물 기판의 투명전도성 산화물과 상기 제2 투명 전도성 산화물 기판의 투명전도성 산화물 사이에 들어갈 전해질은 전압 인가 시 산화텅스텐과 착색·탈색을 일으키는 역할을 한다. 리튬이온이 이동할 수 있는 매질은 용매로서 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리(메트)아크릴레이트, 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 전해질에 이용되는 리튬이온의 제공은 용질로서 LiClO4, LiCl, LiBr, LiI, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전해질의 농도는 0.5 M 내지 1.5 M인 것일 수 있다. 상기 전해질의 농도가 0.5 M 미만인 경우 반응하는 리튬이온의 농도가 낮아 소자 특성에 기여를 하지 못할 수 있고, 1.5 M 초과인 경우 탈리의 경우 잔여 리튬이 남거나 화학적 포텐셜을 형성한 2차적인 반응물이 형성되어 일렉트로크로믹 디바이스에 악영향을 끼칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법에 의하여 낮은 전압으로 소자가 구동하며 60 초 이내의 빠른 응답속도와 변색을 통한 선형적인 광 투과율 조절, 우수한 내구성 및 수명을 갖는 일렉트로크로믹 디바이스를 제조할 수 있다.
종래의 일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법은 높은 비용과 복잡한 공정방법을 거쳐 제조되지만 기존 방식과 다른 방식의 습식산화처리 도입으로 제작 비용 절감 및 공정방법의 단순화로 시간 단축을 하고, 생산성 및 양산성의 문제점을 개선할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 본 발명의 일 측면에 따른 일레트로크로믹 디바이스의 제조방법에 의해 제조되고, 전계 인가 시 광투과율이 80 % 이상이고, 전계 제거 시 광투과율이 5 % 내지 30 %이고, 구동전압이 1 V 내지 3 V이고, 응답속도가 60 초 이내인 것인, 일렉트로크로믹 디바이스를 제공한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일레트로크로믹 디바이스의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일레트로크로믹 디바이스(200)는, 제1 기판(212) 및 제2 투명 전도성 산화물(214)을 포함하는 제1 투명 전도성 기판(210), 산화텅스텐 박막(220), 전해질(230), 제2 기판(242) 및 제2 투명 전도성 산화물(244)을 포함하는 제2 투명 전도성 기판(240)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 투명 전도성 산화물 기판(210)은, 제1 기판(212) 상에 제1 투명 전도성 산화물(214)이 형성된 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 기판(212)은 유리, 알루미나, SiO2, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(polyethylene terephalate, PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르설포네이트(polyethersulfonate, PES) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 투명 전도성 산화물(214)은, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 불소 도핑 산화주석(FTO), Al-도핑된 아연 산화물(AZO), Ga-도핑된 ZnO(GZO) 및 투명 전도성 산화물(TCO)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 투명 전도성 산화물은 전극이 되는 것일 수 있으며, 제1 투명 전도성 산화물 기판(210)의 제1 투명 전도성 산화물(214)은 하부전극, 제2 투명 전도성 산화물 기판(240)의 제2 투명 전도성 산화물(244)은 상부전극인 것일 수 있다. 또는, 제1 투명 전도성 산화물 기판(210)의 제1 투명 전도성 산화물(214)은 상부전극, 제2 투명 전도성 산화물 기판(240)의 제2 투명 전도성 산화물(244)은 하부전극인 것일 수 있다. 상기 상부전극 및 상기 하부전극은 기판 및 투명 전도성 산화물이 서로 동일할 수도 있고, 각각 다를 수도 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 산화텅스텐 박막(220)의 두께는 150 nm 내지 180 nm인 것일 수 있다. 상기 산화텅스텐 박막이 150 nm 미만인 경우 일렉트로크로믹 디바이스의 탈색과 착색의 구동변화 횟수와 높은 전압에서 쉽게 파괴되어 안정성 및 내구성이 떨어지고, 180 nm 초과인 경우 일렉트로크로믹 디바이스의 면저항이 증가하고 투과율이 좋지 않은 문제가 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전해질(230)은 전압 인가 시 산화텅스텐 박막(220)과 착색·탈색을 일으키는 역할을 한다. 리튬이온이 이동할 수 있는 매질은 용매로서 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 비닐리덴 플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 코폴리머, 폴리아미드, 방향족 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리(메트)아크릴레이트, 및 폴리아크릴로니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 전해질에 이용되는 리튬이온의 제공은 용질로서 LiClO4, LiCl, LiBr, LiI, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급지방족카르본산리튬 및 테트라페닐붕산리튬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일렉트로크로믹 디바이스는, 낮은 전압으로도 소자가 구동하고, 빠른 응답속도와 변색을 통한 선형적인 광투과율 조절, 우수한 내구성 및 수명을 가질 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
상부전극으로서 ITO 유리 기판의 ITO 면에 DC 스퍼터 내의 텅스텐 타겟을 이용하여 플라즈마가 형성되는 조건에서 텅스텐 박막 140 nm를 증착하였다. 이어서, 상기 텅스텐 박막에 농도 35 % 과산화수소(H2O2) 용액(H2O : H2O2 = 65 : 35)를 드롭 캐스팅(Drop casting) 방식으로 도포하여 습식산화처리를 진행하였다. 도포된 과산화수소 용액은 텅스텐과 상온 반응하여 세라믹의 산화텅스텐을 형성하였다. 상기 상부전극에 도포된 과산화수소 용액이 텅스텐과 반응함에 있어서 용액에 포함된 증류수나 반응물은 소자의 품질과 내구성 및 수명에 악영향을 초래할 수 있다. 따라서, 불순물을 제거하는 공정을 수행하였다. 습식산화처리 후 잔여물 및 불순물 제거를 위한 과정은 1차적으로 증류수 세척을 수행하고, 2차적으로 Air knife를 하여 잔여 증류수를 제거하였다. 이어서, 건조로에서 120 ℃의 온도에서 5 분 동안 건조하여 잔여물을 증발시켰다. 이 때 잔여물은 증류수, 과산화수소, 떨어져나간 산화텅스텐, 반응 후 H2O가 포함되었다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 텡스텐 박막 상에 과산화수소 용액을 도포한 후 불순물이 형성된 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 텡스텐 박막 상에 과산화수소 용액을 도포한 후 불순물이 제거된 후의 사진이다. 불순물 제거 공정을 거친 산화텅스텐 박막은 깨끗해진 것을 확인할 수 있다. 이어서, 산화텅스텐 박막이 형성된 상부전극과 하부전극으로서 ITO 유리 기판 사이에 전해질을 도포하였다. 리튬이온이 이동할 수 있는 매질은 용매로서 폴리카보네이트(polycarbonate; PC)를 사용하였고, 전해질에 이용되는 리튬이온의 제공은 용질로서 리튬퍼클로레이트(Lithium perchlorate(LiClO4)를 사용하여 0.7 M, 1.0 M 농도의 액상 리튬이온 전해질을 준비하였다. 전해질 도포는 하부전극에 형성된 산화텅스텐 박막 가장자리에 너비 5 mm 두께 7 μm의 유리를 사각형으로 올리고 실런트로 접착하여 갭을 형성시켰다. 그리고 형성된 갭에 Li 이온용액을 도포하는 방식으로 진행하여 일렉트로크로믹 디바이스를 제조하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스에 5 V 전압을 인가하기 전의 사진이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스에 5 V 전압을 인가한 후의 사진이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 일렉트로크로믹 디바이스에 전압을 인가하기 전에는 착색되었다가 전압을 인가한 후에 탈색된 것을 확인할 수 있다. 저전압에서도 구동이 잘되는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일렉트로크로믹 디바이스의 리튬 이온 농도에 따른 빛의 세기(intensity)를 나타낸 광스펙트럼이다. 도 7을 참조하면, 0.7 M에서 착색투과율과 변색투과율의 특성이 가장 우수한 것을 알 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (5)

  1. 제1 투명 전도성 산화물 기판 상에 텅스텐 박막을 형성하는 단계;
    상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계; 및
    상기 산화텅스텐 박막 및 제2 투명 전도성 산화물 기판 사이에 전해질을 주입하고 실링하는 단계;
    를 포함하는,
    일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐 박막을 형성하는 방법은, 스퍼터링(sputtering)법, 원자층증착(Amotic Layer Deposition; ALD)법, 플라즈마 강화 원자층 증착(Plasma Enhanced Amotic Layer Deposition; PE-ALD)법, 화학기상증착(Chamical Vapor Deposition; CVD)법, 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma-Enhanced Chamical Vapor Deposition; PE-CVD)법, 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition; PLD)법 및 분자빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy; MBE)법으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 텅스텐 박막은 140 nm 내지 170 nm의 두께로 형성하는 것인,
    일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법.

  3. 제1항에 있어서,
    상기 산성 용액은, 과산화수소, 질산, 염산, 황산 및 불산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 산성 용액의 농도는 20 % 내지 40 %인 것인,
    일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법.

  4. 제1항에 있어서,
    상기 텅스텐 박막 상에 산성 용액을 도포하여 상기 텅스텐 박막을 산화텅스텐 박막으로 산화시키는 단계 후에,
    상기 산화텅스텐 박막 상에 형성된 불순물을 제거하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 산화텅스텐 박막 상에 형성된 불순물을 제거하는 단계는,
    상기 산화텅스텐 박막을 포함하는 제1 투명 전도성 산화물 기판을 증류수로 세척하는 단계;
    상기 증류수를 에어 나이프(Air knife)를 이용하여 제거하는 단계; 및
    건조로에서 건조하여 잔여물을 증발시키는 단계;
    를 포함하는 것인,
    일렉트로크로믹 디바이스의 제조방법.

  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 일레트로크로믹 디바이스의 제조방법에 의해 제조되고,
    전계 인가 시 광투과율이 80 % 이상이고,
    전계 제거 시 광투과율이 5 % 내지 30 %이고,
    구동전압이 1 V 내지 3 V이고,
    응답속도가 60 초 이내인 것인,
    일렉트로크로믹 디바이스.

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