WO2017155262A1 - 전기변색 디바이스 - Google Patents

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WO2017155262A1
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electrochromic
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iridium
storage layer
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박상현
김병동
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립하이 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochromic device, and more particularly, to an electrochromic device including a co-deposited hydrogenated compound and capable of uniform discoloration and discoloration by including a nonporous reflective layer or a transparent conductive layer.
  • Electrochromism is a phenomenon in which a color is reversibly changed in the electric field direction when a voltage is applied.
  • An electrochromic material is a material whose reversible optical properties can be changed by an electrochemical redox reaction having such characteristics. .
  • the electrochromic material does not have a color when no electric signal is applied from the outside and becomes colored when the electric signal is applied, or conversely, when the signal is applied from the outside, when the signal is applied Color has the property of disappearing.
  • the electrochromic device is a device in which the light transmissive property is changed by changing the color of the electrochromic material by an electric redox reaction according to the application of a voltage.
  • electrochromic devices that can selectively transmit light in various technical fields.
  • the electrochromic device may be applied to various fields such as smart windows, smart mirrors, display devices, and camouflage devices.
  • the electrochromic device comprises a layer of electrochromic material capable of reversibly and simultaneously inserting ions and electrons, wherein the oxidation states of the ions and electrons correspond to the inserted and exited states so that when they are supplied through a suitable power source Having a color of, one of these states has a higher light transmittance than the other.
  • Electrochromic materials are generally based on tungsten oxide and, for example, must be in contact with an electron source such as a transparent electrically conductive layer and an ion (cationic or anion) source such as an ion conductive electrolyte.
  • counter-electrodes capable of reversibly inserting cations should be macroscopically associated with a layer of electrochromic material symmetrically with respect to the layer of electrochromic material such that the electrolyte appears as a single ion medium.
  • the counter-electrode should be made of at least a transparent or hardly colored layer as the main raw material when the color is neutral or the electrochromic layer is colored.
  • tungsten oxide is a cationic electrochromic material, that is, the colored state corresponds to the most reduced state
  • an anionic electrochromic material mainly based on nickel oxide or iridium oxide is generally used for counter-electrodes. It has also been proposed to use optically neutral materials in the corresponding oxidation states, such as, for example, electrically conductive polymers (polyaniline) or cerium oxides such as Prussian blue or organic materials.
  • Korean Patent Publication No. 2011-0043595 discloses an electrochromic device with controlled infrared reflection intended to form an electrically controllable panel, in particular a pane
  • US Patent Publication No. 2007-0058237 discloses an ion storage layer, a transparent
  • An electrochromic device of a multilayer system is described that includes a solid electrolyte layer, an electrochromic layer, and a reflective layer.
  • iridium is used alone as a main raw material of the ion storage layer.
  • iridium is weak to UV and moisture, and decomposes, and short circuit occurs when iridium is in direct contact with tungsten.
  • US Patent Publication No. 2007-0058237 there is a problem such as having to go through a complicated process of making the reflective layer porous to allow water or water molecules to pass through.
  • the present invention is to solve the above conventional problems, iridium and tantalum, preferably iridium hydride and tantalum hydride at the same time by using iridium alone when the iridium is weakly decomposed to UV or moisture, It solves the problem of short-circuit in direct contact with tungsten, and also uses co-deposited hydrogenated compound, without having to form porous reflective layer in complicated process to move water molecules and inject ions for electrochromic It is an object of the present invention to provide an electrochromic device in which a nonporous reflective layer can be formed by a simple process.
  • An electrochromic device includes a transparent conductive layer, an ion storage layer, an electrolyte layer, an electrochromic layer, and a reflective layer or a transparent conductive layer, wherein the ion storage layer includes iridium atoms and tantalum atoms, and the electrolyte
  • the layer comprises tantalum atoms
  • the electrochromic layer comprises tungsten atoms, at least one of the iridium atoms and tantalum atoms of the ion storage layer, and the tungsten atoms of the electrochromic layer is hydrogenated
  • the reflective layer is nonporous It is characterized by that.
  • the transparent conductive layer comprises indium zinc oxide (IZO), indium tin oxide (ITO), aluminum doped zinc oxide (AZO), boron doped zinc oxide (BZO), tungsten doped zinc oxide (WZO) and tungsten doped oxide From tin (WTO), fluorine doped tin oxide (FTO), gallium doped zinc oxide (GZO), antimony doped tin oxide (ATO), indium doped zinc oxide (IZO) and niobium doped titanium oxide (ZnO) It may be characterized by including at least one oxide selected.
  • the ion storage layer may be characterized in that it contains 20 to 38% by weight of iridium atoms.
  • the ion storage layer may include hydrogenated iridium oxide of formula HaIrO 2, where 0 ⁇ a ⁇ 2, and hydrogenated tantalum oxide of formula HbTa 2 O 5, where 0 ⁇ b ⁇ 5.
  • the electrochromic layer may be characterized in that it comprises tungsten hydride of the formula HcWO 3 (where 0 ⁇ C ⁇ 3).
  • the reflective layer may be made of at least one selected from aluminum, silver, rubidium, molybdenum, chromium, ruthenium, gold, copper, nickel, lead, tin, indium and zinc.
  • the thickness of the transparent conductive layer is 150-800nm
  • the thickness of the ion storage layer is 50-500nm
  • the thickness of the electrolyte layer is 180-800nm
  • the thickness of the electrochromic layer is 140-650nm
  • the thickness can be characterized by 30 to 280 nm.
  • the ion storage layer may be characterized in that it comprises 14.9 to 73.3 wt% of iridium atoms.
  • the ion storage layer may be characterized in that it comprises 14.9 to 59.8% by weight of iridium atoms.
  • the ion storage layer may be characterized in that it comprises 14.9 to 23.2% by weight of iridium atoms.
  • the ion storage layer may contain 20.2 to 23.2% by weight of iridium atoms.
  • iridium when iridium is used alone by simultaneously depositing iridium and tantalum, preferably iridium hydride and tantalum hydride, iridium is weak to UV or moisture and decomposes, and short-circuit occurs when directly contacted with tungsten. It is effective in eliminating the problems, and by using co-deposited hydrogenated compounds, it is not necessary to move water molecules in the reflective layer to inject ions necessary for electrochromic, and to inject hydrogen ions directly in the process. It has the effect of forming a reflective layer.
  • FIG. 1 is a view showing the structure of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a thickness measurement photograph of a tungsten hydride thin film.
  • FIG. 4 is a view of a thin film surface co-deposited with tantalum hydride and iridium hydride.
  • FIG. 5 is a diagram for measuring thicknesses of thin films co-deposited with tantalum hydride and iridium hydride.
  • Figure 6 is a graph measuring the transmittance of the co-deposited tantalum hydride and iridium hydride thin film.
  • FIG. 7 is a graph showing the results of the power application measurement in the operation of the transmittance measurement of the co-deposited tantalum hydride and iridium hydride thin film.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a result of measuring power application during operation of measuring transmittance of a tungsten hydride thin film.
  • 10 is a current to voltage ratio applied to the ion storage layer according to the iridium weight ratio of the ion storage layer of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an electrochromic device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line II ′ of FIG. 1.
  • the electrochromic device according to the first embodiment of the present invention is an electrochromic device stacked in the order of a reflective layer 110 or a transparent conductive layer 120, an intermediate layer 130, and a transparent conductive layer 170.
  • the intermediate layer 130, the electrochromic layer 140, the electrolyte layer 150 and the ion storage layer 160 As the intermediate layer 130, the electrochromic layer 140, the electrolyte layer 150 and the ion storage layer 160,
  • the ion storage layer includes iridium and tantalum atoms
  • the electrolyte layer contains tantalum atoms
  • At least one of iridium atoms and tantalum atoms of the ion storage layer, and tungsten atoms of the electrochromic layer is hydrogenated
  • the reflective layer may be nonporous.
  • the transparent conductive layer comprises indium zinc oxide (IZO), indium tin oxide (ITO), aluminum doped zinc oxide (AZO), boron doped zinc oxide (BZO), tungsten doped zinc oxide (WZO) and tungsten doped oxide From tin (WTO), fluorine doped tin oxide (FTO), gallium doped zinc oxide (GZO), antimony doped tin oxide (ATO), indium doped zinc oxide (IZO) and niobium doped titanium oxide (ZnO) It may include one or more oxides selected.
  • the ion storage layer 160 is a layer for supplying ions insufficient to the electrolyte 150, and the ion storage layer may include iridium and tantalum atoms.
  • the ion storage layer may include iridium and tantalum atoms.
  • a short circuit may occur when it comes into contact with a tungsten atom, and when another material is laminated to a layer in which the iridium atom is present alone, energy may be taken away. If soaked, a problem arises, and the bond between the iridium atoms can be decomposed by UV, so that the above problems are solved by co-depositing iridium atoms and tantalum atoms, and the strength (durability) is preferable.
  • the ion storage layer preferably contains 20 to 38% by weight of iridium atoms, more preferably 23 to 33% by weight, but less than 20% by weight does not occur electrochromic action is not preferred, 38% by weight If exceeded, it is not preferable because it may react with ultraviolet rays to deteriorate to reduce the discoloration effect, or to be solidified in red, and to cause problems in durability.
  • the ion storage layer may include 15 wt% to 70 wt% of iridium atoms, and the ion storage layer may further include 15 wt% to 60 wt% of iridium atoms, and the ion storage layer may be iridium. It is more preferable to contain 15 to 23% by weight of atoms, but less than 15% by weight is not preferable because no electrochromic action occurs, and if it exceeds 70% by weight, even if an electric field is formed, there is almost no change in transmittance.
  • iridium may be hydrogenated iridium oxide of the formula HaIrO 2 (where 0 ⁇ a ⁇ 2)
  • tantalum may be tantalum oxide of the hydrogenated formula HbTa 2 O 5 (here, 0 ⁇ b ⁇ 5), as described above.
  • iridium hydride and tantalum hydride hydrogen ions need not be implanted in a separate process for redox reactions.
  • the electrolyte layer plays a role of ion transfer, which is classified into a liquid electrolyte and a solid electrolyte according to the physical properties of the membrane, and a proton electrolyte and an alkali ion electrolyte according to the type of ion transfer material.
  • the electrolyte layer may include tantalum atoms, more preferably tantalum oxide (Ta2O5).
  • the electrochromic layer is a layer responsible for discoloration, and is a layer having a large change rate of color by electric application.
  • the electrochromic layer may be formed of a liquid or solid electrochromic material.
  • the electrochromic material is a material having an electrochromic property in which light absorption is changed by electrochemical oxidation and a reduction reaction. Electrochemical oxidation and reduction of the electrochromic material may occur reversibly depending on whether or not and the intensity of the voltage, thereby the transparency and absorbance of the electrochromic material may be reversibly changed.
  • the electrochromic layer 140 is formed between the electrolyte layer 150 and the reflective layer 110 or the transparent conductive layer 120 to be applied from the transparent conductive layer 120 or the reflective layer 110.
  • Receiving electricity can be colored or bleached through oxidation or reduction. That is, the electrical layer 140 is an oxidation reaction caused by the movement of hydrogen by the electric field generated by the voltage applied to the transparent conductive layer 170 and the transparent conductive layer 120 or reflecting layer 110 of the upper Or can be colored or decolorized via a reducing semicircle.
  • the ion storage layer 160 may also be colored or colored by a reduction reaction or an oxidation reaction by the electric field.
  • a reduction reaction occurs in the electrochromic layer 140 by the electric field
  • an oxidation reaction occurs in the ion storage layer 160
  • the ion storage layer ( In 160, oxidation may occur.
  • the electrochromic layer 140 may be colored by a reduction reaction and may be discolored by an oxidation reaction.
  • the ion storage layer 160 may be colored by an oxidation reaction and may be discolored by a reduction reaction.
  • the ion storage layer 160 may also be colored.
  • the electrochromic layer 140 is decolorized, the ion storage layer 160 may also be discolored.
  • the electrochromic layer may be a tungsten layer, the tungsten layer may include tungsten atoms, tungsten may be tungsten hydride, and the tungsten hydride may be represented by the chemical formula HcWO 3, where 0 ⁇ C ⁇ 3.
  • the hydrogenated tungsten when used for the electrochromic layer, it is not necessary to inject ions for redox reaction in the electrochromic layer.
  • the reflective layer 110 serves as a counter electrode of the reflecting plate and the transparent conductive layer 170 reflecting the light incident through the electrochromic layer, generally a reflective layer in the prior art.
  • Silver should be made porous so that water or water molecules can pass through, but in the present invention, since at least one of the ion storage layer 160 and the electrochromic layer 140 includes a hydride metal oxide, the reflective layer ( 110 may be made of only a non-porous pure metal film.
  • the reflective layer 110 is not particularly limited, and may include, for example, at least one material from aluminum, silver, rubidium, molybdenum, chromium, ruthenium, gold, copper, nickel, lead, tin, indium, and zinc. have.
  • the thickness of the transparent conductive layer is 150-800nm, the thickness of the ion storage layer is 50-500nm, the thickness of the electrolyte layer is 180-800nm, the thickness of the electrochromic layer is 140-650nm, The thickness is preferably 30 to 280 nm,
  • the electrical conductivity is not enough
  • the thickness of the ion storage layer is less than 50nm, the amount of storage of ions is not sufficient, so it is difficult to express discoloration effects. If the thickness of the ion storage layer exceeds 500 nm, the ion storage layer is too thick during ion migration, and the ion is stored within a sufficient time due to its thickness. It is not desirable to escape the floor,
  • the thickness of the electrolyte layer is less than 180 nm, contact between the electrochromic layer and the ion storage layer existing above and below the electrolyte layer may occur, which is not preferable.
  • the thickness of the electrolyte layer exceeds 800 nm, it is difficult to express the electrochromic effect. Undesirable
  • the thickness of the electrochromic layer is less than 140 nm, it is not desirable to react sufficiently with ions, and the discoloration phenomenon becomes very weak. If the thickness of the electrochromic layer is greater than 650 nm, the electric field strength may be weakened to hinder the movement of ions. ,
  • the thickness of the reflective layer is less than 30 nm, reflection and transmission appear simultaneously, which is difficult because the role of the reflective layer is difficult. If the thickness of the reflective layer is greater than 280 nm, the electrical resistance is increased to increase the power consumption of the entire device.
  • the first substrate and the reflective layer 110 or the second substrate may be formed on one surface of the transparent conductive layer 120 on one surface of the transparent conductive layer 120, and the first and second An electrode connector may be further formed at one end of the substrate.
  • the transmittances of the thin films of co-deposited tantalum hydride and iridium hydride in the ion storage layer were measured, and the results of discoloration and discoloration according to the wavelengths are shown in Table 1 and FIG. 6. Measurement results of the range of power application are shown in Table 2 and FIG. 7.
  • the transmittance of the electrochromic layer was measured, and the results of discoloration and discoloration according to the wavelength are shown in Table 3 and FIG. 8, and the result of measuring the range of power application during operation was as follows. Table 4 and Figure 9 are shown.
  • 10 is a current to voltage ratio applied to the ion storage layer according to the iridium weight ratio of the ion storage layer of the first embodiment.
  • Table 5 is a table showing the transmittance and the total current amount when coloring or decolorizing according to the iridium weight ratio of the ion storage layer according to the embodiment.
  • the iridium weight ratio represents the weight ratio of iridium to the entire ion storage layer
  • the transmittance represents the transmittance of the ion storage layer itself
  • the total amount of current represents the current between both surfaces of the ion storage layer. That is, when voltage is applied to the upper and lower surfaces of the ion storage layer, the current flowing across the ion storage layer is shown.
  • the peripheral ring region A represents a section in which the amount of current rises or falls linearly as the voltage rises or falls.
  • the peripheral ring region (A) may be a main coloring section or a main decoloring section. That is, in the electrochromic device, as the voltage increases, the amount of ions moves to increase the ion current, and as the voltage decreases, there must be a section in which the amount of ions moves to decrease and the ion current falls, so that desired coloration or discoloration can occur. have. That is, it is possible to control the coloring or discoloration of the electrochromic device only when the peripheral ring region A in which the current amount is linearly changed as the voltage rises or falls is secured. In addition, the larger the peripheral ring area (A), the more the function of the electrochromic device can be improved.
  • FIG. 10A is a voltage-current curve of an electrochromic device having a ratio of iridium atoms of 87.5% by weight and a ratio of tantalum atoms of 12.6% by weight.
  • the region A does not exist in the voltage-current curve of FIG. 10A, and the electrochromic device has a transmittance of 36.2 when decolored and 14.8 when colored. It has a transmittance of 36.2 at the time of decolorization, and thus has a low transmittance even in the decoloring mode, and thus does not function as an electrochromic device.
  • FIG. 10B is a voltage-current curve of an electrochromic device having a ratio of iridium atoms of 73.3 wt% and a tantalum atom of 39.3 wt%.
  • a small peripheral ring region A exists in a region adjacent to 1.5V, and a coloring or decolorization reaction occurs at about 1.4V or more and 1.5V or less.
  • the electrochromic device has a transmittance of 64.1 at bleaching and 39.3 at coloring. That is, when the electrochromic device is constituted by the ion storage layer of FIG. 10B, the device having the highest transmittance can constitute 64.1.
  • FIG. 10C is a voltage-current curve of an electrochromic device with a ratio of 59.8% by weight of iridium atoms and 40.2% by weight of tantalum atoms.
  • a small peripheral ring region A exists in a region adjacent to 1.5V, and a coloring or decolorization reaction occurs at about 1.4V or more and 1.5V or less.
  • the electrochromic device has a transmittance of 70.1 at bleaching and 54 at coloring. That is, when the electrochromic device is configured with the ion storage layer of FIG. 10C, a device having a maximum transmittance of 70.1 may be configured.
  • the ion storage layer having the weight ratio of FIG. 10C has a higher maximum transmittance than the ion storage layer having the weight ratio of FIG. 10B, and the peripheral ring region A is large, so that an electrochromic device having a better effect can be configured.
  • FIG. 10D is the voltage-current curve of an electrochromic device having a ratio of 23.2 wt% of iridium atoms and 76.8 wt% of tantalum atoms.
  • a small peripheral ring region A exists in a region adjacent to 1.5V, and a coloring or decolorization reaction occurs at about 1.3V or more and 1.5V or less.
  • the electrochromic device has a transmittance of 87.3 at bleaching and 75.5 at coloring. That is, when the electrochromic device is configured with the ion storage layer of FIG. 10D, a device having a maximum transmittance of 87.3 may be configured.
  • the transmittance rapidly rises and may be used for a vehicle mirror, a vehicle glass, or a building glass.
  • FIG. 10E is a voltage-current curve of an electrochromic device having a ratio of iridium atoms of 20.0 wt% and tantalum atoms of 80.0 wt%.
  • a small peripheral ring region A exists in a region adjacent to 1.5V, and a coloring or decolorization reaction occurs at about 1.25V or more and 1.5V or less.
  • the electrochromic device has a transmittance of 85.3 when decolorized and 72.3 when colored. That is, when the electrochromic device is configured with the ion storage layer of FIG. 10E, a device having a maximum transmittance of 85.3 may be configured.
  • the ion storage layer having the weight ratio of FIG. 10E has a higher maximum transmittance than the ion storage layer having the weight ratio of FIG. 10C, and the peripheral ring region A is large, so that an electrochromic device having a better effect can be configured.
  • FIG. 10F is the voltage-current curve of an electrochromic device having a ratio of iridium atoms of 14.9 wt% and a tantalum atom of 85.1 wt%.
  • a small peripheral ring region A exists in a region adjacent to 1.5V, and coloring or decolorization reaction occurs at about 1.25V or more and 1.5V or less.
  • the electrochromic device has a transmittance of 82.5 at bleaching and 74.1 at coloring. That is, when the electrochromic device is configured with the ion storage layer of FIG. 10F, a device having a maximum transmittance of 82.5 may be configured.
  • the ratio of the iridium atoms in the ion storage layer may be 14.9% by weight to 73.3% by weight.
  • the ratio of the iridium atom is less than 14.9% by weight, there is no electrochromic effect, and when the ratio of iridium atom is more than 73.3% by weight, the transmittance is low even when discoloring, and thus it does not function as an electrochromic device.
  • the ratio of the iridium atoms in the ion storage layer may be 14.9% by weight to 59.9% by weight.
  • the ratio of the iridium atom is less than 14.9% by weight, there is no electrochromic effect, and when the ratio of the iridium atom is more than 59.9% by weight, the peripheral ring area is small, thereby reducing the efficiency of the electrochromic device.
  • the iridium atomic ratio of the ion storage layer may be 14.9% by weight to 23.2% by weight.
  • the ion storage layer may have a transmittance of 80 or more when discolored, and may have a remarkably large transmittance compared to other ranges, and thus may be used in a vehicle mirror, a vehicle glass, or a building glass.
  • the iridium atomic ratio of the ion storage layer may be 20.0 wt% to 23.2 wt%.
  • the ion storage layer may have a transmittance of 80 or more when decolorized, and may have a significantly larger transmittance than other ranges, and have a change range of decolorization / coloration transmittance of 10 or more, thereby making it possible to construct a device having high electrochromic efficiency. have.
  • FIG. 11 is a schematic view of an electrochromic device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 11.
  • an electrochromic device includes a first conductive layer 210, a second conductive layer 270, and an intermediate layer 230.
  • the first conductive layer 210 and the second conductive layer 270 are positioned between the upper substrate (not shown) and the lower substrate (not shown) made of a transparent material such as glass and are formed to face each other.
  • the first conductive layer 210 and the second conductive layer 270 are formed using a sputtering deposition method or the like, and are a thin film type oxide conductive layer capable of supplying power and inducing electrochromism.
  • the first conductive layer 210 also includes indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum doped zinc oxide (AZO), boron doped zinc oxide (BZO), tungsten doped zinc oxide (WZO). And a transparent material such as tungsten-doped tin oxide (WTO).
  • ITO indium tin oxide
  • IZO indium zinc oxide
  • AZO aluminum doped zinc oxide
  • BZO boron doped zinc oxide
  • WZO tungsten doped zinc oxide
  • WTO tungsten-doped tin oxide
  • the second conductive layer 270 may be made of the same material as the first conductive layer 210 in the case of a transparent electrode, and may be aluminum, ruthenium, chromium, or silver when used as a reflective film. Ag, Rubidium, Molybdenum, Gold (Au), Copper (Cu), Nickel (Ni), Lead (Pb), Tin (Sn), Indium (In) and Zinc (Zn) It may be a reflective material reflecting. That is, the second conductive layer 270 may be selectively formed as a transparent electrode or a reflective film.
  • the second conductive layer 270 When the second conductive layer 270 is formed as a reflective film, the second conductive layer 270 serves as a reflector to reflect light incident through the electrochromic layer 260 of the intermediate layer 230, which will be described later. It serves as an electrode.
  • the reflective layer should be made porous so that water or water molecules can pass therethrough.
  • the ion storage layer 240 and the electrochromic layer 260 of the intermediate layer 230 will be described later. Since the hydride metal oxide is included, the second conductive layer 270 of the present invention may be made of only a non-porous pure metal film.
  • the second conductive layer 170 is formed non-porous, moisture introduced from the outside may be prevented from being introduced into the intermediate layer 230.
  • the intermediate layer 230 includes an electrolyte layer 250, an ion storage layer 240, and an electrochromic layer 260.
  • the electrolyte layer 250 is formed between the first conductive layer 210 and the second conductive layer 270 by using a sputtering deposition method and the like to perform ion transfer.
  • the material may be classified into a liquid electrolyte and a solid electrolyte according to the physical properties of the membrane, and may be classified into a proton electrolyte and an alkali ion electrolyte according to the type of ion transport material, and the electrolyte layer 250 may include tantalum atoms. More preferably tantalum oxide (Ta2O5).
  • the ion storage layer 240 is formed to be positioned between the first conductive layer 210 and the electrolyte layer 250 using a sputtering deposition method or the like.
  • the ion storage layer 240 preferably contains 20 to 38% by weight of iridium atoms, more preferably 23 to 33% by weight, less than 20% by weight is not preferable because the electrochromic action does not occur, If it exceeds 38% by weight, it is not preferable because it may deteriorate due to reaction with ultraviolet rays, resulting in a discoloration effect, fixation to a red color, and problems with durability.
  • the iridium is a hydrogenated iridium of the formula HaIrO2 (where 0 ⁇ a ⁇ 2)
  • the tantalum may be a tantalum hydride of the formula HbTa2O5 (where 0 ⁇ b ⁇ 5), and includes iridium hydride and tantalum as described above. There is no need to inject hydrogen ions in a separate process for redox reactions.
  • the electrochromic layer 260 is formed to be positioned between the second conductive layer 270 and the electrolyte layer 250 using a sputtering deposition method, and is a layer responsible for discoloration due to a large rate of change of color by electric application. .
  • the electrochromic layer 260 may be formed of a liquid or solid electrochromic material, and the electrochromic material may be formed of an electrochromic material whose light absorption is changed by electrochemical oxidation or reduction.
  • the electrochemical oxidation and reduction of the electrochromic material may occur reversibly depending on whether the voltage is applied and the intensity of the voltage, whereby the transparency and the absorbance of the electrochromic material may be reversibly changed.
  • the electrochromic layer 260 is formed between the electrolyte layer 250 and the second conductive layer 270 and receives the electricity applied from the second conductive layer 270 to be colored or reacted through oxidation or reduction. It may discolor.
  • the electrochromic layer 260 may include tungsten atoms, and the tungsten may be tungsten hydride, and the tungsten hydride may be represented by the chemical formula HcWO 3, where 0 ⁇ C ⁇ 3.
  • the hydrogenated tungsten when used for the electrochromic layer 260, it is not necessary to inject ions for the redox reaction in the electrochromic layer 260.
  • the electrochromic layer 260 is formed on the electrolyte layer 250, and the ion storage layer 240 is formed on the electrolyte layer 250, but the electrolyte layer 250 is necessary.
  • An ion storage layer 240 may be formed at an upper portion thereof, and an electrochromic layer 260 may be formed at a lower portion of the electrolyte layer 250.
  • a separation groove 280 is formed to penetrate the electrolyte layer 250 from the outside of the second conductive layer 270 to separate the electrolyte layer 250 into an outer region and an inner region.
  • the separation groove 280 may separate the electrolyte layer 250 into the outside and the outside, thereby preventing the electricity supplied from the outside area from being transferred to the inside area. That is, the ion flow in the inner region may not be disturbed due to the electricity in the outer region, thereby ensuring the accurate electrochromic effect.
  • the voltage applied from the external region can be prevented from affecting the internal region, so that accurate electrochromism can be realized, and the power consumption can be reduced by preventing the voltage applied to the internal region from being transferred to the external region.
  • the separation groove 280 penetrates through the electrolyte layer 250 and is formed to a part of the ion storage layer 240, and the separation groove 280 is formed only to penetrate the electrolyte layer 250. Since the ion storage layer 240 may not be formed.
  • the separation groove 280 may pass through the second conductive layer 270, the electrochromic layer 260, and the electrolyte layer 250, and may pattern at least a portion of the ion storage layer 240. In some embodiments, the separation groove 280 may pattern all or part of the ion storage layer 240.
  • one end of the separation groove 280 may be located between an upper surface and a lower surface of the ion storage layer 240.
  • One end of the separation groove 280 is designed to be positioned between the upper and lower surfaces of the ion storage layer 240 to secure a process margin. That is, the electrolyte layer 250 may be prevented from being connected to both sides of the separation groove 280 by the error of the separation groove 280, and the first conductive layer may be prevented by the error of the separation groove 280. It is possible to prevent the 210 from being patterned, and there is an effect of preventing manufacturing defects.
  • a wiring groove 290 is formed to expose the inner surface of the first conductive layer 210 to the outside, and at least a portion of the wiring groove 290 is filled to fill the wiring groove 290.
  • a connection pattern 271 is formed to be connected to the inner surface of the conductive layer 210. That is, the connection pattern 271 may be electrically connected to the first conductive layer 210 by the wiring groove 290.
  • connection pattern 271 may be formed to cover the outer surface of the outer region separated by the separation groove 280, that is, the upper surface of the electrochromic layer 260.
  • the connection pattern 271 may be formed to cover the outer surface of the outer region separated by the separation groove 280, that is, the upper surface of the electrochromic layer 260.
  • the connection pattern 271. 1 It is preferable to make the conductive layer 210 electrically connected.
  • the separation groove 280 may have the same height as the wiring groove 290. That is, the depth of the separation groove 280 may be formed to be the same as the depth of the wiring groove 290. Since the separation groove 280 and the wiring groove 290 are formed at the same height, the separation groove 280 and the wiring groove 290 can be formed by a device having the same strength, thereby reducing the manufacturing cost. There is.
  • connection pattern 271 is connected to the first wiring A, and an upper surface of the second electrode 270 is connected to the second wiring B.
  • the bonding method is various known bonding such as welding. The method can be used.
  • the electrochromic device of the present invention having the structure as described above, it is formed so as to surround the conventional discoloration layer does not have to be provided with a transparent metal grid in the infrared range, and thus the structure can be formed simply by lamination and etching Provide a process.
  • a separate through structure or a guide structure is required to connect the upper surface of the second conductive layer 270 and the first wiring A, whereas in the embodiment, the first conductive Since only one substrate in contact with the layer 210 is required, a separate through structure can be omitted, so that the connection with the wiring is easy.
  • first conductive layer 210 and the second conductive layer 270 which are oxide conductive layers that induce electrochromic disposition, are disposed up and down, thereby making electrochromic induction easier.
  • 13 to 17 are manufacturing process diagrams of FIG. 12.
  • the first conductive layer 210 is deposited on a lower substrate (not shown) made of a transparent material by using a sputtering method, and the ion storage layer 240 and the electrolyte as shown in FIG. 14.
  • the layer 250 and the electrochromic layer 260 are sequentially deposited.
  • each layer constituting the intermediate layer 30 can be formed by a method such as sputtering.
  • the wiring groove 290 is formed to expose the inner surface of the first conductive layer 210 by scribing, laser etching, or etching.
  • the conductive layer 273 is formed so as to cover the outer surface of the electrochromic layer 260 while filling the wiring groove 290 by sputtering or the like.
  • a separation groove 280 is formed in the inner region of the wiring groove 290 penetrating the electrolyte layer 250 from the outside of the second conductive layer 270.
  • the electrolyte layer 250 is separated and partitioned into an inner region and an outer region by the separation groove 280, so that electric transfer may be blocked from each other.
  • the conductive layer 273 forms a second conductive layer 270 on the inside and a connection pattern 271 on the outside of the separation groove 280.
  • connection pattern 271 is connected to the first wiring A, and the second conductive layer 270 is connected to the second wiring B, which can be electrically applied, by welding or the like. do.
  • the manufacturing is completed by laminating an upper substrate (not shown) thereon by a predetermined method.
  • the electrochromic device according to the present invention can be formed by a simple lamination and etching process to simplify the manufacturing process.
  • first conductive layer 210 and the second conductive layer 270 which are oxide conductive layers up and down, may be formed as compared with the related art, thereby facilitating electrochromic induction.

Abstract

실시 예에 따른 전기변색 디바이스는, 투명전도층, 이온저장층, 전해질층, 전기변색층, 및 반사층 또는 투명전도층을 포함하는 전기변색 디바이스로서, 상기 이온저장층은 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자를 포함하고, 상기 전해질층은 탄탈룸 원자를 포함하고, 상기 전기변색층은 텅스텐 원자를 포함하고, 상기 이온저장층의 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자, 및 상기 전기변색층의 텅스텐 원자 중 적어도 하나는 수소화되고, 상기 반사층은 비다공성인 것을 특징으로 한다.

Description

전기변색 디바이스
본 발명은 전기변색 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공동증착된 수소화된 화합물을 포함하고, 비다공성인 반사층, 또는 투명전도층을 포함함으로써 균일한 변색 및 탈색이 가능한 전기변색 디바이스에 관한 것이다.
전기변색(Electrochromism)이란 전압을 인가하면 전계방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상으로서, 이러한 특성을 지닌 전기화학적 산화 환원 반응에 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 신호가 인가되면 색이 소멸하는 특성을 갖는다.
전기변색 장치는 전압의 인가에 따라 전기적인 산화환원반응에 의해 전기변색 물질의 색상이 변함으로써, 광투과특성이 변하는 장치이다. 현재 다양한 기술 분야에서 선택적으로 빛을 투과시킬 수 있는 전기변색 장치의 수요가 증가하고 있다. 이러한 전기변색 장치는 스마트 윈도우, 스마트 미러, 디스플레이 장치, 위장 장치 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.
전기변색 디바이스는 이온 및 전자를 가역적으로 그리고 동시에 삽입할 수 있는 전기변색 물질의 층을 포함하고, 이온 및 전자의 산화 상태는 삽입 및 배출된 상태에 대응하여, 이들이 적합한 전원을 통해 공급될 때 별개의 컬러를 갖고, 이들 상태들 중 하나는 다른 상태보다 더 높은 광 투과율을 갖는다. 전기변색 물질은 일반적으로 텅스텐 산화물을 주원료로 하고, 예를 들어, 투명 전기 전도성층과 같은 전자 소스와, 이온 전도성 전해질과 같은 이온(양이온 또는 음이온) 소스와 접촉되어야 한다. 또한 양이온을 가역적으로 삽입할 수 있는 대항-전극은, 거시적으로, 전해질이 단일 이온 매질로서 나타나도록 전기변색 물질의 층에 대해 대칭적으로 전기변색물질의 층과 연관되어야 한다는 것이 알려져 있다. 대항-전극은, 컬러가 중성이거나, 전기변색층이 채색된 상태일 때 적어도 투명이거나 거의 채색되지 않는 층을 주원료로 해야 한다.
텅스텐 산화물이 양이온 전기변색 물질이기 때문에, 즉, 그 채색된 상태가 가장 감소된 상태에 대응하기 때문에, 니켈 산화물 또는 이리듐 산화물을 주원료로 한 음이온 전기변색 물질은 일반적으로 대항-전극에 사용된다. 또한, 예를 들어 전기적으로 전도성 폴리머(폴리아닐린) 또는 프러시안 블루(Prussian blue)와 같은 세륨 산화물 또는 유기 물질과 같은 해당 산화 상태에서 광학적으로 중성인 물질을 사용하는 것이 제안되기도 하였다.
한국특허공개 제2011-0043595호에는 전기적으로 제어가능한 패널, 특히 창유리를 형성하도록 의도된 제어된 적외선 반사를 갖는 전기변색 디바이스가 기재되어 있고, 미국공개특허 제2007-0058237호에는 이온저장층, 투명 고체전해질층, 전기변색층 및 반사층을 포함하는 다층 시스템의 전기변색 소자가 기재되어 있다.
그러나, 한국특허공개 제2011-0043595호에서는 이온저장층의 주원료로서 이리듐이 단독으로 사용되는데, 이러한 경우에 이리듐이 UV나 수분에 약해 분해되고, 또한 이리듐이 텅스텐과 직접 접촉시 단락이 발생되는 등의 문제점이 있고, 미국공개특허 제2007-0058237호에서는 물 또는 물분자가 통할 수 있도록 반사층을 반드시 다공성으로 해야 하는 복잡한 공정을 거쳐야 하는 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이리듐과 탄탈룸, 바람직하게는 수소화 이리듐과 수소화 탄탈룸을 동시에 증착시킴으로써 이리듐을 단독으로 이용했을 때에 이리듐이 UV나 수분에 약해 분해되고, 텅스텐과 직접 접촉시 단락이 나타나는 등의 문제점을 해결하고, 또한, 공동증착된 수소화 화합물을 이용함으로써, 물분자를 이동시켜 전기변색에 필요한 이온을 주입하기 위해 복잡한 공정으로 다공성 반사층을 형성할 필요없이, 간편한 공정으로 비다공성 반사층이 형성가능한 전기변색 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시 예에 따른 전기변색 디바이스는, 투명전도층, 이온저장층, 전해질층, 전기변색층, 및 반사층 또는 투명전도층을 포함하고, 상기 이온저장층은 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자를 포함하고, 상기 전해질층은 탄탈룸 원자를 포함하고, 상기 전기변색층은 텅스텐 원자를 포함하고, 상기 이온저장층의 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자, 및 상기 전기변색층의 텅스텐 원자 중 적어도 하나는 수소화되고, 상기 반사층은 비다공성인 것을 특징으로 한다.
상기 투명전도층은 산화인듐아연(IZO), 산화인듐주석(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 붕소 도핑된 산화아연(BZO), 텅스텐 도핑된 산화아연(WZO) 및 텅스텐 도핑된 산화주석(WTO), 불소 도핑된 산화주석(FTO), 갈륨 도핑된 산화아연(GZO), 안티몬 도핑된 산화주석(ATO), 인듐 도핑된 산화아연(IZO) 및 니오븀 도핑된 산화티타늄(ZnO)으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이온저장층은 이리듐 원자를 20∼38중량% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이온저장층은 화학식 HaIrO2(여기서, 0＜a＜2)의 수소화 산화 이리듐 및 화학식 HbTa2O5(여기서, 0＜b＜5)의 수소화 산화탄탈룸을 포함할 수 있다.
상기 전기변색층은 화학식 HcWO3(여기서, 0＜C＜3)의 수소화 산화 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 반사층은 알루미늄, 은, 루비듐, 몰리브덴, 크롬, 루테늄, 금, 구리, 니켈, 납, 주석, 인듐 및 아연으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 투명전도층의 두께는 150∼800nm이고, 상기 이온저장층의 두께는 50∼500nm이며, 상기 전해질층의 두께는 180∼800nm이고, 상기 전기변색층의 두께는 140∼650nm이며, 상기 반사층의 두께는 30∼280nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이온저장층은 이리듐 원자를 14.9∼73.3중량% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이온저장층은 이리듐 원자를 14.9∼59.8중량% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이온저장층은 이리듐 원자를 14.9∼23.2중량% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이온저장층은 이리듐 원자를 20.2∼23.2중량% 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 의하면, 이리듐과 탄탈룸, 바람직하게는 수소화 이리듐과 수소화 탄탈룸을 동시에 증착시킴으로써 이리듐을 단독으로 이용했을 때에 이리듐이 UV나 수분에 약해 분해되고 텅스텐과 직접 접촉시 단락이 나타나는 등의 문제점을 해소하는 효과가 있고, 또한 공동증착된 수소화 화합물을 이용함으로써 반사층에서 물분자를 이동시켜 전기변색에 필요한 이온을 주입할 필요없이, 공정 중에 직접 수소 이온을 주입시킴으로써 간편한 공정으로 비다공성 반사층을 형성할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 전기변색 디바이스의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 다공성 수소화 텅스텐 박막의 표면에 대한 도면이다.
도 3은 수소화 텅스텐 박막의 두께 측정 사진이다.
도 4는 수소화 탄탈룸 및 수소화 이리듐이 공동증착된 박막 표면의 도면이다.
도 5는 수소화 탄탈룸 및 수소화 이리듐이 공동증착된 박막의 두께 측정에 대한 도면이다.
도 6은 공동증착된 수소화 탄탈룸 및 수소화 이리듐 박막의 투과율을 측정한 그래프이다.
도 7은 공동증착된 수소화 탄탈룸 및 수소화 이리듐 박막의 투과율 측정의 작동시 전력 인가 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 수소화 텅스텐 박막의 투과율을 측정한 그래프이다.
도 9는 수소화 텅스텐 박막의 투과율 측정의 작동시 전력 인가 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 제1 실시 예의 이온저장층의 이리듐 중량비에 따른 이온 저장층에 인가된 전압대비 전류비이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기변색장치의 개략도이다.
도 12는 도 1의 Ｉ-Ｉ'을 따라 절단한 단면도이다.
도 13 내지 도 17은 도 2의 제조공정도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 대하여 상세히 설명한다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기변색 디바이스는 반사층(110) 또는 투명전도층(120), 중간층(130) 및 투명 전도층(170) 순서로 적층되는 전기 번색 디바이스로서, 상기 중간층(130)은 전기 변색층(140), 전해질층(150) 및 이온 저장층(160)을 포함하고,
상기 이온저장층은 이리듐 및 탄탈룸 원자를 포함하고,
상기 전해질층은 탄탈룸 원자를 포함하고,
상기 이온저장층의 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자, 및 상기 전기변색층의 텅스텐 원자 중 적어도 하나는 수소화되고,
상기 반사층은 비다공성일 수 있다.
상기 투명전도층은 산화인듐아연(IZO), 산화인듐주석(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 붕소 도핑된 산화아연(BZO), 텅스텐 도핑된 산화아연(WZO) 및 텅스텐 도핑된 산화주석(WTO), 불소 도핑된 산화주석(FTO), 갈륨 도핑된 산화아연(GZO), 안티몬 도핑된 산화주석(ATO), 인듐 도핑된 산화아연(IZO) 및 니오븀 도핑된 산화티타늄(ZnO)으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 있어서, 상기 이온저장층(160)은 전해질(150)에 부족한 이온을 공급하기 위한 층으로서, 상기 이온저장층은 이리듐 및 탄탈룸 원자를 포함할 수 있는데, 이리듐 원자를 단독으로 사용했을 시, 텅스텐 원자와 접촉할 경우, 단락이 발생할 수 있고, 또한, 이리듐 원자 단독으로 존재하는 층에 다른 물질을 적층할 경우, 에너지를 뺏길 수 있으며, 이리듐 원자는 수분에 약하여 수분이 스며들 경우 문제가 생기고, 이리듐 원자끼리의 결합이 UV에 의해 분해될 수 있어, 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자을 공동증착시켜 상기와 같은 문제점을 해소하고, 강도(내구성)를 확보할 수 있어 바람직하다.
상기 이온저장층은 이리듐 원자를 20∼38중량% 포함하는 것이 바람직하고, 23∼33중량% 포함하는 것이 더욱 바람직한데, 20중량% 미만이면 전기변색 작용이 일어나지 않아 바람직하지 않고, 38중량%를 초과하면 자외선과 반응하여 열화하여 변색효과가 떨어지거나, 붉은색으로 고착화가 될 수 있고, 또한 내구성에 문제가 생길 수 있어 바람직하지 않다.
또는 상기 이온저장층은 이리듐 원자를 15중량% 내지 70중량% 포함하는 것이 바람직하고, 상기 이온저장층은 이리듐 원자를 15중량% 내지 60중량% 포함하는 것이 더 바람직하며, 상기 이온저장층은 이리듐 원자를 15중량% 내지 23중량% 포함하는 것이 더욱 바람직 한데, 15중량% 미만이면 전기변색 작용이 일어나지 않아 바람직하지 않고, 70중량%를 초과하면 전계가 형성되더라도 투과율 변화폭이 거의 없어 전
상기 이온저장층에 있어서, 이리듐은 화학식 HaIrO2(여기서, 0＜a＜2)의 수소화 산화 이리듐이고, 탄탈룸은 화학식 HbTa2O5(여기서, 0＜b＜5)의 수소화 산화 탄탈룸일 수 있으며, 상기와 같이 수소화 산화 이리듐 및 수소화 산화 탄탈룸을 포함함으로써 산화환원 반응을 위해 수소 이온을 별도의 공정으로 주입할 필요가 없다.
본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 있어서, 상기 전해질층은 이온전달의 역할을 수행하게 되는데, 막의 물리적 성질에 따라서 액상 전해질과 고상 전해질로 구분되고, 이온전달 물질의 종류에 따라서 프로톤 전해질과 알칼리 이온 전해질로 구분될 수 있으며, 상기 전해질층은 탄탈룸 원자, 더욱 바람직하게는 산화탄탈룸(Ta2O5)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 있어서, 상기 전기변색층은 변색을 담당하는 층으로, 전기 인가에 의해 색의 변화율이 큰 층이다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 전기변색층은 액상 또는 고상의 전기변색물질로 이루어질 수 있고, 이 전기변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색 특성을 갖는 물질로, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라서 가역적으로 전기변색물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 전기변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다.
도 1에서 나타낸 바와 같이, 상기 전기변색층(140)은 전해질층(150)과 반사층(110) 또는 투명전도층(120) 사이에 형성되어 투명전도층(120) 또는 반사층(110)에서 인가된 전기를 전달받아 산화반응 또는 환원반응을 통해 착색 또는 탈색할 수 있다. 즉, 상기 전기층(140)은 상부의 투명 전도층(170)과 하부의 투명전도층(120) 또는 반사층(110)에 인가되는 전압에 의해 생성된 전계에 의해 수소가 이동하여 유발되는 산화반응 또는 환원반원을 통해 착색 또는 탈색될 수 있다.
또한, 상기 전계에 의해 상기 이온저장층(160) 또한 환원반응 또는 산화반응을 통해 착색 또는 착색될 수 있다. 상기 전계에 의해 전기변색층(140)에 환원반응이 일어나는 경우 상기 이온저장층(160)에서는 산화반응이 일어나고, 상기 전계에 의해 전기변색층(140)에 산화반응이 일어나는 경우 상기 이온저장층(160)에서는 산화반응이 일어날 수 있다. 상기 전기변색층(140)은 환원반응에 의해 착색될 수 있고, 산화반응에 의해 탈색될 수 있다. 상기 이온저장층(160)은 산화반응에 의해 착색될 수 있고, 환원반응에 의해 탈색될 수 있다.
상기 전기변색층(140)이 착색되는 경우 상기 이온저장층(160)도 착색될 수 있고, 상기 전기변색층(140)이 탈색되는 경우 상기 이온저장층(160) 또한 탈색될 수 있다.
상기 전기변색층은 텅스텐층일 수 있고, 상기 텅스텐 층은 텅스텐 원자를 포함하는데, 텅스텐은 수소화 텅스텐일 수 있으며, 상기 수소화 텅스텐은 화학식 HcWO3(여기서, 0＜C＜3)로 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 전기변색층에 수소화된 텅스텐을 사용할 경우, 전기변색층에서의 산화 환원반응을 위해 이온을 주입할 필요가 없어 바람직하다.
본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 있어서, 상기 반사층(110)은 전기변색층을 통과하여 입사한 빛을 반사하는 반사판과 투명전도층(170)의 상대전극 역할을 하는 것으로, 종래기술에서 일반적으로 반사층은 다공성으로 만들어 물 또는 물분자가 통과할 수 있어야 하나, 본 발명에서는 이미 이온저장층(160)과 전기변색층(140) 중 적어도 하나에서 수소화 금속산화물을 포함하기 때문에, 본 발명에서의 반사층(110)은 비다공성의 순수 금속막으로만 이루어질 수 있다.
상기 반사층(110)은, 특별히 한정이 없고, 예를 들면, 알루미늄, 은, 루비듐, 몰리브덴, 크롬, 루테늄, 금, 구리, 니켈, 납, 주석, 인듐 및 아연으로부터 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 투명전도층의 두께는 150∼800nm이고, 상기 이온저장층의 두께는 50∼500nm이며, 상기 전해질층의 두께는 180∼800nm이고, 상기 전기변색층의 두께는 140∼650nm이며, 상기 반사층의 두께는 30∼280nm인 것이 바람직한데,
상기 투명전도층의 두께가 150nm 미만이면 전기전도도가 충분하지 않게 되어
바람직하지 않고, 800nm를 초과하면 불투명해지거나 투명도가 낮아져 바람직하지 않으며,
상기 이온저장층의 두께가 50nm 미만이면 이온의 저장량이 충분하지 못하여 변색효과 발현이 어렵게 되어 바람직하지 않고, 500nm를 초과하면 이온 이동시 이온저장층이 너무 두꺼워 그 두께로 인해 충분한 시간 내에 이온이 이온저장층을 벗어날 수 없어 바람직하지 않으며,
상기 전해질층의 두께가 180nm 미만이면 전해질층의 상하에 존재하는 전기변색층과 이온저장층 간의 접촉이 발생할 수 있어 바람직하지 않고, 800nm를 초과하면 이온의 이동을 가로막게 되어 전기변색효과 발현이 어려워 바람직하지 않으며,
상기 전기변색층의 두께가 140nm 미만이면 이온과 충분하게 반응할 수 없어 변색현상이 매우 약해지게 되어 바람직하지 않고, 650nm를 초과하면 전기장의 세기를 약화시켜 이온의 움직임을 방해할 수 있어 바람직하지 않으며,
상기 반사층의 두께가 30nm 미만이면 반사와 투과가 동시에 나타나게 되어 반사층으로의 역할이 어려워 바람직하지 않고, 280nm를 초과하면 전기저항이 높아져 디바이스 전체의 전력 사용량이 증가하게 되어 바람직하지 않다.
도면에는 도시하지 않았지만, 투명전도층(120)의 일면에 제1 기판 및 반사층(110) 또는 투명전도층(120)의 일면에 제2 기판이 형성될 수 있고, 또한, 상기 제1 및 제2 기판의 일 끝단에 전극 연결부가 추가로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 있어서, 이온저장층의 공동증착된 수소화 탄탈룸 및 수소화 이리듐의 박막의 투과율을 측정하여 파장에 따른 탈색과 변색의 결과를 하기 표 1 및 도 6에 나타내었고, 작동시 전력 인가의 범위 측정 결과는 하기 표 2 및 도 7에 나타내었다.
투과율 측정
파장 탈색 변색 차이(△T)
400 66.4 24.1 42.4
450 94.7 39.1 55.7
500 82.4 41.9 40.5
550 89.5 41.7 47.8
600 99.5 41.8 57.7
650 98.2 44.9 53.2
700 92.5 50.1 42.5
750 88.8 55.7 33.2
800 87.8 62.7 25.0
구동 전압(V) 전류(mA) 전력(mW/cm2)
변색 1.2 2.0 2.4
탈색 -0.3 -1.5 0.4
또한, 본 발명에 따른 전기변색 디바이스에 있어서, 전기변색층의 투과율을 측정하였고, 파장에 따른 탈색과 변색의 결과를 하기 표 3 및 도 8에 나타내었고, 작동시 전력 인가의 범위 측정 결과는 하기 표 4 및 도 9에 나타내었다.
투과율 측정
파장 탈색 변색 차이(△T)
425 71.3 22.8 48.6
550 93.6 9.8 83.8
680 96.7 5.3 91.4
800 90.0 4.3 85.6
1200 85.1 4.7 80.3
1500 67.1 6.4 60.7
2500 34.1 7.4 26.7
2800 25.3 5.2 20.1
구동 전압(V) 전류(mA) 전력(mW/cm2)
변색 -1.0 -21.7 21.7
탈색 0.6 20.3 12.8
도 10은 제1 실시 예의 이온저장층의 이리듐 중량비에 따른 이온 저장층에 인가된 전압대비 전류비이다.
표 5는 실시 예에 따른 이온저장층의 이리듐 중량비에 따른 착색 또는 탈색시 투과율 및 총 전류량을 나타내는 표이다.
No 이리듐 중량비(중량%) 탄탈룸 중량비(중량%) 탈색시 투과율 착색시 투과율 총전류량(mA)
1 87.4 12.6 36.2 14.8 25
2 73.3 26.7 64.1 39.3 13
3 59.8 40.2 70.1 54 9
4 23.2 76.8 87.3 75.5 9
5 20.0 80.0 85.3 72.3 8
6 14.9 85.1 82.5 74.1 7
표 5 및 도 10에서 이리듐 중량비는 이온저장층 전체 대비 이리듐의 중량비를 나타내고, 투과율은 이온저장층 자체의 투과율을 나타내며, 총전류량은 상기 이온 저장층의 양면 사이의 전류를 나타낸다. 즉, 상기 이온저장층의 상부면 및 하부면에 전압을 인가하였을 때, 상기 이온저장층을 가로질러 흐르는 전류를 나타낸다.
도 10에서 주변환영역(A)은 전압이 상승 또는 하강에 따라 전류량이 선형으로 상승 또는 하강하는 구간을 나타낸다. 상기 주변환영역(A)은 주요 착색 구간 또는 주요 탈색 구간일 수 있다. 즉, 전기 변색 디바이스에서 전압이 증가함에 따라 이온의 이동량이 증가하여 이온 전류가 상승하고, 전압이 감소함에 따라 이온의 이동량이 감소하여 이온 전류가 하강하는 구간이 존재하여야 원하는 착색 또는 탈색이 일어날 수 있다. 즉, 전압이 상승 또는 하강함에 따라 전류량이 선형적으로 변화되는 주변환영역(A)이 확보되어야 상기 전기 변색 디바이스의 착색 또는 탈색을 제어할 수 있다. 또한, 상기 주변환영역(A)이 크면 클 수록 상기 전기 변색 디바이스의 기능이 향상될 수 있다.
도 10a는 이리듐 원자의 비가 87.5 중량%이고, 탄탈룸 원자의 비가 12.6중량%인 전기변색 디바이스의 전압-전류곡선이다. 도 10a의 전압-전류곡선에서는 A영역이 존재하지 않고, 상기 전기 변색 디바이스는 탈색시 36.2, 착색시 14.8의 투과율을 가진다. 탈색시 36.2의 투과율을 가짐으로써 탈색 모드에서도 투과율이 낮아 전기 변색 디바이스로서의 기능을 하지 못한다.
도 10b는 이리듐 원자의 비가 73.3 중량%이고, 탄탈룸 원자의 비가 39.3중량%인 전기 변색 디바이스의 전압-전류곡선이다. 도 10b의 전압-전류곡선에서는 1.5V와 인접한 영역에 작은 주변환영역(A)이 존재하고, 약 1.4V이상 1.5V이하에서 착색 또는 탈색반응이 일어난다. 상기 전기 변색 디바이스는 탈색시 64.1, 착색시 39.3의 투과율을 가진다. 즉, 도 10b의 이온 저장층으로 전기 변색 디바이스를 구성하는 경우 최고 투과율이 64.1의 디바이스를 구성할 수 있다.
도 10c는 이리듐 원자의 비가 59.8 중량%이고, 탄탈룸 원자의 비가 40.2중량%인 전기 변색 디바이스의 전압-전류곡선이다. 도 10c의 전압-전류곡선에서는 1.5V와 인접한 영역에 작은 주변환영역(A)이 존재하고, 약 1.4V이상 1.5V이하에서 착색 또는 탈색반응이 일어난다. 상기 전기 변색 디바이스는 탈색시 70.1, 착색시 54의 투과율을 가진다. 즉, 도 10c의 이온 저장층으로 전기 변색 디바이스를 구성하는 경우 최고 투과율이 70.1의 디바이스를 구성할 수 있다. 도 10c의 중량비를 가지는 이온 저장층은 도 10b의 중량비를 가지는 이온 저장층에 비해 높은 최고투과율을 가지고, 주변환영역(A)이 커서 효과가 보다 좋은 전기 변색 디바이스를 구성할 수 있다.
도 10d는 이리듐 원자의 비가 23.2 중량%이고, 탄탈룸 원자의 비가 76.8중량%인 전기 변색 디바이스의 전압-전류곡선이다. 도 10d의 전압-전류곡선에서는 1.5V와 인접한 영역에 작은 주변환영역(A)이 존재하고, 약 1.3V이상 1.5V이하에서 착색 또는 탈색반응이 일어난다. 상기 전기 변색 디바이스는 탈색시 87.3, 착색시 75.5의 투과율을 가진다. 즉, 도 10d의 이온 저장층으로 전기 변색 디바이스를 구성하는 경우 최고 투과율이 87.3의 디바이스를 구성할 수 있다. 도 10d의 중량비를 가지는 이온 저장층은 도 10c의 중량비를 가지는 이온 저장층에 비해 높은 최고투과율을 가지고, 주변환영역(A)이 커서 효과가 보다 좋은 전기 변색 디바이스를 구성할 수 있다. 또한, 탈색시 투과율이 급격히 상승하여 차량용 미러, 차량용 글래스 또는 건물용 글래스에 사용될 수 있다.
도 10e는 이리듐 원자의 비가 20.0 중량%이고, 탄탈룸 원자의 비가 80.0중량%인 전기 변색 디바이스의 전압-전류곡선이다. 도 10e의 전압-전류곡선에서는 1.5V와 인접한 영역에 작은 주변환영역(A)이 존재하고, 약 1.25V이상 1.5V이하에서 착색 또는 탈색반응이 일어난다. 상기 전기 변색 디바이스는 탈색시 85.3, 착색시 72.3의 투과율을 가진다. 즉, 도 10e의 이온 저장층으로 전기 변색 디바이스를 구성하는 경우 최고 투과율이 85.3의 디바이스를 구성할 수 있다. 도 10e의 중량비를 가지는 이온 저장층은 도 10c의 중량비를 가지는 이온 저장층에 비해 높은 최고투과율을 가지고, 주변환영역(A)이 커서 효과가 보다 좋은 전기 변색 디바이스를 구성할 수 있다.
도 10f는 이리듐 원자의 비가 14.9 중량%이고, 탄탈룸 원자의 비가 85.1중량%인 전기 변색 디바이스의 전압-전류곡선이다. 도 10f의 전압-전류곡선에서는 1.5V와 인접한 영역에 작은 주변환영역(A)이 존재하고, 약 1.25V이상 1.5V이하에서 착색 또는 탈색반응이 일어난다. 상기 전기 변색 디바이스는 탈색시 82.5, 착색시 74.1의 투과율을 가진다. 즉, 도 10f의 이온 저장층으로 전기 변색 디바이스를 구성하는 경우 최고 투과율이 82.5의 디바이스를 구성할 수 있다. 도 10f의 중량비를 가지는 이온 저장층은 도 10c의 중량비를 가지는 이온 저장층에 비해 높은 최고투과율을 가지고, 주변환영역(A)이 커서 효과가 보다 좋은 전기 변색 디바이스를 구성할 수 있다. 다만, 도 10d 및 도 10f의 이온 저장층에 비해 탈색/착색시 투과율 변화폭이 다소간 하락한다. 즉, 도 10d에서의 탈색/착색시 투과율 변화폭은 11.8이고, 도 10e에서의 탈색/착색시 투과율 변화폭은 13인데 반해, 도 10f의 탈색/착색시 투과율 변화폭은 8.4이므로, 도 10d 및 도 10f의 이온 저장층으로 구성한 전기 변색 디바이스에 비해 탈색/착색시 투과율 변화량이 작아 전기 변색 효율이 다소간 감소한다.
상기한 바와 같이 상기 이온 저장층의 이리듐 원자의 비는 14.9 중량% 내지 73.3중량%일 수 있다. 상기 이리듐 원자의 비가 14.9 중량% 미만의 경우 전기 변색효과가 없으며, 73.3 중량% 초과인 경우 탈색시에서도 투과율이 낮아 전기 변색 디바이스로서의 기능을 하지 못한다.
바람직하게는, 상기 이온 저장층의 이리듐 원자의 비는 14.9 중량% 내지 59.9 중량%일 수 있다. 상기 이리듐 원자의 비가 14.9 중량% 미만의 경우 전기 변색효과가 없으며, 59.9 중량% 초과인 경우 주변환영역이 작아 전기 변색 디바이스의 효율이 낮아진다.
더 바람직하게는 상기 이온 저장층의 이리듐 원자비는 14.9 중량% 내지 23.2중량%일 수 있다. 이 범위에서 상기 이온 저장층은 탈색시 80이상의 투과율을 가져 이외의 범위 대비 현저히 큰 투과율을 가질 수 있고, 이로써, 차량용 미러, 차량용 글래스 또는 건물용 글래스에서 사용될 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 이온 저장층의 이리듐 원자비는 20.0중량% 내지 23.2중량%일 수 있다. 이 범위에서 상기 이온 저장층은 탈색시 80이상의 투과율을 가져 이외의 범위 대비 현저히 큰 투과율을 가질 수 있고, 10이상의 탈색/착색 투과율 변화폭을 가짐으로써 전기변색효율이 큰 디바이스를 구성할 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기변색장치의 개략도이고, 도 12는 도11의 Ｉ-Ｉ'을 따라 절단한 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기변색장치는 제1 전도층(210)과 제2전도층(270) 및 중간층(230)을 포함한다.
상기 제1 전도층(210)과 상기 제2 전도층(270)은 유리 등의 투명 재질로 마련되는 상부기판(미도시)과 하부기판(미도시)의 사이에 위치하고, 서로 대향되도록 형성된다.
여기서, 제1 전도층(210)과 제2 전도층(270)은 스퍼터링 증착방법 등을 이용하여 형성되며, 전력공급이 가능하고, 전기변색을 유도할 수 있는 박막형 산화물 전도층이다.
또한, 제1 전도층(210)은 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 붕소 도핑된 산화아연(BZO), 텅스텐 도핑된 산화아연(WZO) 및 텅스텐 도핑된 산화주석(WTO) 등의 투명 재질일 수 있다.
제2 전도층(270)은 투명전극인 경우에는 제1 전도층(210)과 같은 재질일 수 있고, 반사막으로 사용되는 경우에는 알루미늄(Aluminum), 루테늄(Ruthenium), 크롬(Chromium), 은(Ag), 루비듐(Rubidium), 몰리브덴(Molybdenum), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 납(Pb), 주석(Sn), 인듐(In) 및 아연(Zn) 등의 빛을 반사하는 반사 재질일 수 있다. 즉, 제2전도층(270)은 선택적으로 투명전극이거나 반사막으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전도층(270)이 반사막으로 형성되는 경우, 후술할 중간층(230)의 전기변색층(260)을 통과하여 입사한 빛을 반사하는 반사판 역할과 함께 제1전도층(210)의 상대전극 역할을 한다.
즉, 종래기술에서 반사층은 다공성으로 만들어 물 또는 물분자가 통과할 수있어야 하나, 본 발명에서는 이미 후술할 중간층(230)의 이온저장층(240)과 전기변색층(260) 중 적어도 어느 하나에서 수소화 금속산화물을 포함하고 있으므로, 본 발명의 제2 전도층(270)은 비다공성의 순수 금속막으로만 이루어질 수 있다.
상기 제2 전도층(170)이 비다공성으로 형성됨으로써 외부로부터 투입되는 수분이 상기 중간층(230)으로 투입되는 것을 방지할 수 있다.
상기 중간층(230)은 전해질층(250)과 이온저장층(240) 및 전기변색층(260)을 포함하여 구성된다. 먼저, 상기 전해질층(250)은 스퍼터링 증착방법 등을 이용하여 제1 전도층(210)과 제2 전도층(270)의 사이에 형성되어 이온전달의 역할을 수행한다.
그 재질은 막의 물리적 성질에 따라서 액상 전해질과 고상 전해질로 구분되고, 이온전달 물질의 종류에 따라서 프로톤 전해질과 알칼리 이온 전해질로 구분될 수 있으며, 상기 전해질층(250)은 탄탈룸 원자를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 산화탄탈륨(Ta2O5)을 포함할 수 있다.
상기 이온저장층(240)은 스퍼터링 증착방법 등을 이용하여 제1 전도층(210)과 전해질층(250) 사이에 위치하도록 형성된다. 이때, 이온저장층(240)은 이리듐 원자를 20∼38중량% 포함하는 것이 바람직하고, 23∼33중량% 포함하는 것이 더욱 바람직한데, 20중량% 미만이면 전기변색 작용이 일어나지 않아 바람직하지 않고, 38중량%를 초과하면 자외선과 반응하여 열화하여 변색효과가 떨어지거나, 붉은색으로 고착화가 될 수 있고, 또한 내구성에 문제가 생길 수 있어 바람직하지 않다.
상기 이리듐은 화학식 HaIrO2(여기서, 0＜a＜2)의 수소화 이리듐이고, 상기 탄탈룸은 화학식 HbTa2O5(여기서, 0＜b＜5)의 수소화 탄탈룸일 수 있으며, 상기와 같이 수소화 이리듐 및 탄탈룸을 포함함으로써 산화환원 반응을 위해 수소 이온을 별도의 공정으로 주입할 필요가 없다.
상기 전기변색층(260)은 스퍼터링 증착방법 등을 이용하여 제2 전도층(270)과 전해질층(250) 사이에 위치하도록 형성되며, 전기 인가에 의해 색의 변화율이 커서 변색을 담당하는 층이다.
더욱 상세히 설명하면, 상기 전기변색층(260)은 액상 또는 고상의 전기변색물질로 이루어질 수 있고, 이 전기변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색특성을 갖는 물질로, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라서 가역적으로 전기변색물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 전기변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다.
또한, 상기 전기변색층(260)은 전해질층(250)과 제2 전도층(270)사이에 형성되어 제2 전도층(270)에서 인가된 전기를 전달받아 산화반응 또는 환원반응을 통해 착색 또는 탈색될 수 있다.
상기 전기변색층(260)은 텅스텐 원자를 포함하는데, 상기 텅스텐은 수소화 텅스텐일 수 있으며, 상기 수소화 텅스텐은 화학식 HcWO3(여기서, 0＜C＜3)로 나타낼 수 있다.
본 발명에서는 전기변색층(260)에 수소화된 텅스텐을 사용할 경우, 전기변색층(260)에서의 산화 환원반응을 위해 이온을 주입할 필요가 없어 바람직하다.
상술한 본 실시예에서는 전해질층(250)의 상부에 전기변색층(260)이 형성되고, 전해질층(250)의 하부에 이온저장층(240)이 형성되나, 필요에 따라 전해질층(250)의 상부에 이온저장층(240)이 형성되고, 전해질층(250)의 하부에 전기변색층(260)이 형성될 수 있다.
한편, 제2 전도층(270)의 외측으로부터 전해질층(250)을 관통하도록 형성되어, 상기 전해질층(250)을 외부영역과 내부영역으로 분리하는 분리홈(280)이 형성된다.
이때, 분리홈(280)은 전해질층(250)을 내부와 외부로 분리함으로써, 외부영역으로부터 공급되는 전기가 내부영역으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 즉, 외부영역의 전기로 인해 내부영역에서의 이온 흐름이 방해를 받지 않을 수 있어 정확한전기변색 효과를 담보할 수 있다. 다시 말해, 상기 외부영역으로부터 인가되는 전압이 내부영역으로 영향을 주는 것을 방지할 수 있어 정확한 전기변색을 구현할 수 있고, 내부영역에 인가되는 전압이 외부영역으로 전이되는 것을 방지하여 소비전력 절감의 효과가 있다.
도시된 바는 분리홈(280)이 전해질층(250)을 관통하여 이온저장층(240) 중 일부까지 형성된 것에 대하여 도시하고 있으며, 분리홈(280)이 전해질층(250)을 관통하도록만 형성하면되므로 이온저장층(240)까지 형성되지 않을 수도 있다.
즉, 상기 분리홈(280)은 상기 제2 전도층(270), 전기 변색층(260) 및 전해질 층(250)을 관통하며, 상기 이온 저장층(240)의 적어도 일부를 패터닝 할 수 있다. 득, 상기 분리홈(280)은 상기 이온 저장층(240)의 전부 또는 일부를 패터닝 할 수 있다.
바람직하게는 상기 분리홈(280)의 일단은 상기 이온 저장층(240)의 상면과 하면 사이에 위치할 수 있다. 상기 분리홈(280)의 일단이 상기 이온 저장층(240)의 상면과 하면 사이에 위치하도록 설계됨으로써 공정마진을 확보할 수 있다. 즉, 상기 분리홈(280)의 오차에 의해 상기 분리홈(280) 양측에서 상기 전해질층(250)이 연결되는 것을 방지할 수 있고, 상기 분리홈(280)의 오차에 의해 상기 제1 전도층(210)이 패터닝 되는 것을 방지할 수 있어, 제조불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 분리홈(280)에 의해 구획된 외부영역에는 제1 전도층(210)의 내측면을 외부로 노출시키는 배선홈(290)이 형성되고, 배선홈(290)의 적어도 일부를 충진하여 제1 전도층(210)의 내측면과 연결되는 연결패턴(271)이 형성된다. 즉, 상기 연결패턴(271)은 상기 배선홈(290)에 의해 상기 제1 전도층(210)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 연결패턴(271)은 분리홈(280)에 의해 분리되는 외부영역의 외측면 즉, 전기변색층(260)의 상부면을 덮도록 형성될 수 있다. 통상적으로 전기 배선의 가장 작은 직경의 크기는 수mm이므로 직접 배선홈(290)에 삽입하여 제1 전도층(210)과 배선을 연결하는 것은 실질적으로 불가능하므로, 상기 연결패턴(271)을 통해 제1 전도층(210)이 전기적 접속되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 분리홈(280)은 상기 배선홈(290)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 즉, 상기 분리홈(280)의 깊이는 상기 배선홈(290)의 깊이와 동일하도록 형성될 수 있다. 상기 분리홈(280)과 상기 배선홈(290)이 동일한 높이로 형성됨으로써 동일한 강도를 가지는 장치로 상기 분리홈(280)과 배선홈(290)을 형성할 수 있어 제조단가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 연결패턴(271)의 상면은 제1 배선(A)과 연결되고, 상기 제2 전극(270)의 상면은 제2 배선(B)과 연결되며, 이때 접합방법은 용접 등의 공지된 각종 접합방법이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조를 가지는 본원발명의 전기변색장치에 의하면, 종래 변색층을 감싸도록 형성되어 적외선 범위에서 투명한 금속 그리드를 구비하지 않아도 되며, 이에 따라 단순히 적층 및 식각에 의해 구조 형성이 가능하여 간편한 공정을 제공한다.
또한, 대향하는 상하부 기판을 사용하는 종래기술에서는 제2 전도층(270)의 상면과 제1 배선(A)을 연결하기 위해서는 별도의 관통구조나 가이드 구조가 필요한데 반해, 실시 예의 경우 상기 제1 전도층(210)과 접하는 하나의 기판만 요구됨으로 별도의 관통구조를 생략할 수 있어 배선과의 연결이 용이한 효과가 있다.
또한, 전기변색을 유도하는 산화물전도층인 제1 전도층(210)과 제2 전도층(270)이 상하로 배치되어 전기변색유도가 더 쉽게 가능하다.
다음으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 전기변색장치의 제조방법에 대하여 설명한다. 도 13 내지 도 17은 도 12의 제조공정도이다. 먼저, 도 13을 참조하면, 투명 재질인 하부기판(미도시) 상에 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 제1 전도층(210)을 증착하고, 도 14에서와 같이 이온저장층(240), 전해질층(250), 전기변색층(260)을 순차적으로 증착형성한다. 이때, 중간층(30)을 구성하는 각 층은 스퍼터링 등의 방법으로 형성할 수 있다.
그리고, 도 15에서와 같이, 스크라이빙, 레이저 식각 또는 에칭 등의 방법으로 제1 전도층(210)의 내측면이 노출되도록 배선홈(290)을 형성한다.
이어, 도 16에서와 같이, 스퍼터링 등의 방법으로 배선홈(290)을 충진하면서 전기변색층(260)의 외측면을 덮도록 도전층(273)을 형성한다.
그리고, 도 17에서와 같이, 배선홈(290)의 내측 영역에 제2 전도층(270)의 외측으로부터 전해질층(250)을 관통하는 분리홈(280)을 형성한다. 상기 분리홈(280)에 의해 전해질층(250)은 내부영역과 외부영역으로 분리구획되어, 상호 간에 전기 전달이 차단될 수 있다.
또한, 상기 분리홈(280)을 기준으로 도전층(273)은 내측으로는 제2 전도층(270)을 구성하고, 외측으로는 연결패턴(271)을 구성한다.
그리고, 도 12에서와 같이, 연결패턴(271)은 제1 배선(A)과 연결되고, 제2 전도층(270)은 전기 인가가 가능한 제2배선(B)과 각각 용접등의 방법으로 연결된다.
상기와 같은 제2 전도층(270) 및 연결패턴(271)을 형성한 후, 소정의 방법을 통해 그 상부에 상부기판(미도시)을 적층하여 제조가 완료된다.
상술한 바와 같은, 본 발명에 따른 전기변색장치는 단순히 적층 및 식각 공정에 의해서 형성이 가능하여 제조공정을 단순화시킬 수 있다.
아울러, 종래와 비교하여 상하로 산화물 전도층인 제1 전도층(210)과 제2 전도층(270)이 형성되어 전기 변색 유도가 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
이상에서 도면을 참조하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것은 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함 없이 본 발명에 대해 다수의 적절한 변형 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변형 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 투명전도층, 이온저장층, 전해질층, 전기변색층, 및 반사층 또는 투명전도층을 포함하는 전기변색 디바이스로서,
    상기 이온저장층은 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자를 포함하고,
    상기 전해질층은 탄탈룸 원자를 포함하고,
    상기 전기변색층은 텅스텐 원자를 포함하고,
    상기 이온저장층의 이리듐 원자 및 탄탈룸 원자, 및 상기 전기변색층의 텅스텐 원자 중 적어도 하나는 수소화되고,
    상기 반사층은 비다공성인 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명전도층은 산화인듐아연(IZO), 산화인듐주석(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 붕소 도핑된 산화아연(BZO), 텅스텐 도핑된 산화아연(WZO) 및 텅스텐 도핑된 산화주석(WTO), 불소 도핑된 산화주석(FTO), 갈륨 도핑된 산화아연(GZO), 안티몬 도핑된 산화주석(ATO), 인듐 도핑된 산화아연(IZO) 및 니오븀 도핑된 산화티타늄(ZnO)으로부터 선택되는 1종 이상의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이온저장층은 이리듐 원자를 20∼38중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온저장층은 화학식 HaIrO2(여기서, 0＜a＜2)의 수소화 산화 이리듐 및 화학식 HbTa2O5(여기서, 0＜b＜5)의 수소화 산화탄탈룸을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색층은 화학식 HcWO3(여기서, 0＜C＜3)의 수소화 산화 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은 알루미늄, 은, 루비듐, 몰리브덴, 크롬, 루테늄, 금, 구리, 니켈, 납, 주석, 인듐 및 아연으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투명전도층의 두께는 150∼800nm이고, 상기 이온저장층의 두께는 50∼
    500nm이며, 상기 전해질층의 두께는 180∼800nm이고, 상기 전기변색층의 두께는 140∼650nm이며, 상기 반사층의 두께는 30∼280nm인 것을 특징으로 하는 전기변색디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이온저장층은 이리듐 원자를 14.9∼73.3중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이온저장층은 이리듐 원자를 14.9∼59.8중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이온저장층은 이리듐 원자를 14.9∼23.2중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이온저장층은 이리듐 원자를 20.2∼23.2중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스.
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