WO2018174440A1 - 전기변색소자 - Google Patents

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WO2018174440A1
WO2018174440A1 PCT/KR2018/002747 KR2018002747W WO2018174440A1 WO 2018174440 A1 WO2018174440 A1 WO 2018174440A1 KR 2018002747 W KR2018002747 W KR 2018002747W WO 2018174440 A1 WO2018174440 A1 WO 2018174440A1
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WO
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layer
electrochromic
electrode
electrochromic device
auxiliary
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PCT/KR2018/002747
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이동현
임창윤
이수희
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주식회사 엘지화학
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Priority to US16/577,419 priority patent/US11194212B2/en

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    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G02F1/155—Electrodes
    • G—PHYSICS
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    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02F1/155—Electrodes
    • G02F2001/1552—Inner electrode, e.g. the electrochromic layer being sandwiched between the inner electrode and the support substrate

Definitions

  • the present application relates to an electrochromic device.
  • Electrochromic refers to a phenomenon in which the optical properties of an electrochromic material are changed by an electrochemical oxidation or reduction reaction, and the device using the phenomenon is called an electrochromic device. Specifically, in the electrochromic device, when a potential is applied to the device, the optical properties change in such a manner that electrolyte ions are inserted into or desorbed from the electrochromic material, and at the same time, electrons move through an external circuit.
  • electrochromic devices are attracting attention as smart windows, smart mirrors, and other next-generation building window materials because they can manufacture devices with a large area at low cost and have low power consumption.
  • the conventional electrode such as ITO has a low resistance such as metal mesh or oxide / metal / oxide (OMO).
  • OMO oxide / metal / oxide
  • One object of the present application is to provide an electrochromic device with improved discoloration speed.
  • Another object of the present application is to provide an electrochromic device that can improve the durability degradation problem of the device due to the oxidation of the auxiliary electrode.
  • an electrochromic device including a first electrode layer, an electrochromic layer, an electrolyte layer, and a second electrode layer may be provided in sequence.
  • the electrochromic device may include an auxiliary electrode.
  • the auxiliary electrodes may include a plurality of first auxiliary electrodes arranged side by side in the first direction, and the plurality of first auxiliary electrodes may be spaced apart from each other in the first direction and the second direction.
  • the electrochromic device may further include a plurality of second auxiliary electrodes arranged side by side in a second direction, and the plurality of second auxiliary electrodes may be spaced apart from each other in the first direction and the second direction. have.
  • the electrochromic device may include a first auxiliary electrode or a second auxiliary electrode on one surface of the electrochromic layer.
  • the electrochromic device may include both the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode on one surface of the electrochromic layer facing one surface of the electrolyte layer.
  • the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode may have at least one intersection point.
  • the electrochromic device may further include an ion storage layer between the electrolyte layer and the second electrode layer.
  • the electrochromic device may further include a plurality of third auxiliary electrodes arranged side by side in the first direction on one surface of the ion storage layer.
  • the plurality of third auxiliary electrodes may be spaced apart from each other in the first direction and the second direction.
  • the electrochromic device may further include a plurality of fourth auxiliary electrodes arranged side by side in the second direction on one surface of the ion storage layer.
  • the plurality of fourth auxiliary electrodes may be spaced apart from each other in the first direction and the second direction.
  • the electrochromic device may include a third auxiliary electrode and a fourth auxiliary electrode on one surface of the ion storage layer facing one surface of the electrolyte layer.
  • the third auxiliary electrode and the fourth auxiliary electrode may have at least one intersection point.
  • the first to fourth auxiliary electrodes may include a conductive line and an insulating portion surrounding the conductive line.
  • the conductive line is silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), gold (Au), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum ( Metal selected from Mo), titanium (Ti), nickel (Ni) and alloys thereof; Graphene; Or carbon nanotubes.
  • the insulating portion may include an insulating material having an electrical conductivity of 10 ⁇ 6 S / m or less.
  • the insulating material may include a (meth) acrylate resin or an epoxy resin.
  • the first electrode layer and the second electrode layer may include a transparent conductive compound, a metal mesh or an oxide / metal / poxide (OMO).
  • a transparent conductive compound a metal mesh or an oxide / metal / poxide (OMO).
  • the ion storage layer and the electrochromic layer may include an electrochromic material having different color development characteristics.
  • the electrochromic device provides an effect of the invention that can improve the discoloration speed without increasing the manufacturing cost.
  • the present application may provide an electrochromic device capable of preventing or improving a problem of deterioration in durability due to oxidation of exposed conductive lines when introducing an auxiliary electrode.
  • FIG. 1 is an image of a state in which damage of an electrode is expanded when a portion of the conductive line of the auxiliary electrode is exposed and oxidized.
  • FIG. 2 schematically illustrates a state in which auxiliary electrodes are arranged according to an embodiment of the present application.
  • FIG. 3 schematically illustrates a state in which auxiliary electrodes are arranged according to another embodiment of the present application.
  • the present application relates to an electrochromic device.
  • the electrochromic device of the present application may sequentially include a first electrode layer, an electrochromic layer, an electrolyte layer, and a second electrode layer. That is, the electrochromic device of the present application may include a first electrode layer, an electrochromic layer provided on the first electrode layer, an electrolyte layer provided on the electrochromic layer, and a second electrode layer provided on the electrolyte layer. have.
  • the term "upper” used in relation to the position between components is used in the meaning corresponding to "above” or “upper”, and unless otherwise specified, the configuration having the position is directly It may mean that the case exists in contact therewith, or it may mean that there is a different configuration between them.
  • the kind of the first and second electrode layers is not particularly limited.
  • the electrode material having a transmittance of 60% or more to visible light is not particularly limited and can be used for the electrode layer.
  • visible light may mean light in a wavelength range of 380 nm to 780 nm, and more specifically, light in a 550 nm wavelength.
  • the electrode layer may include a transparent conductive oxide.
  • a transparent conductive oxide for example, indium tin oxide (ITO), indium oxide (In 2 O 3 ), indium galium oxide (IGO), fluid doped tin oxide (FTO), aluminum doped zinc oxide (AZO), GZO (Galium doped Zinc Oxide), ATO (Antimony doped Zinc Oxide), IZO (Indium doped Zinc Oxide), NTO (Niobium doped Titanium Oxide), ZnO (zink oxide), or CTO (Cesium Tungsten Oxide).
  • ITO indium tin oxide
  • In 2 O 3 indium oxide
  • IGO indium galium oxide
  • FTO fluid doped tin oxide
  • AZO aluminum doped zinc oxide
  • GZO Gadium doped Zinc Oxide
  • ATO Antimony doped Zinc Oxide
  • IZO Indium doped Zinc Oxide
  • NTO Niobium doped Titanium Oxide
  • ZnO z
  • the electrode layer may include an oxide metal oxide (OMO).
  • OMO oxide metal oxide
  • the OMO may include a metal layer including a first metal oxide layer and a second metal oxide layer, and including a low resistance material such as silver (Ag) between the two metal oxide layers.
  • the first or second metal oxide layer is selected from the group consisting of Sb, Ba, Ga, Ge, Hf, In, La, Ma, Se, Si, Ta, Se, Ti, V, Y, Zn and Zr. It can contain the above metal oxide.
  • the metal layer in addition to silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), gold (Au), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti) And a low resistance metal material such as nickel (Ni).
  • the first and second electrode layers may be metal mesh shaped electrodes. More specifically, the electrode layer is silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), gold (Au), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti) ), Or an electrode line including nickel (Ni) may be a metal mesh having a lattice shape.
  • the electrochromic layer may be a layer containing a material that is discolorable by an electrochemical reaction caused by an applied voltage, that is, an electrochromic material.
  • an electrochromic material for example, an organic color change material or an inorganic color change material may be used.
  • an organic discoloration material not only polymers such as polypyrrole, polyaniline, polypyridine, polyindole, polycarbazole and the like, but also substances such as viologen, anthraquinone and phenocyazine may be used.
  • an inorganic chromic material may be used as the electrochromic material. More specifically, an oxidative inorganic discoloration material discolored by an oxidation reaction or a reducing inorganic discoloration material discolored by a reduction reaction may be used.
  • oxidative discoloration materials include Cr, Mn, Fe, Co, Ni, such as, for example, LiNiOx, IrO 2 , NiO, V 2 O 5 , LixCoO 2 , Rh 2 O 3 or CrO 3, and the like.
  • An oxide of any one or more of metals selected from Rh and Ir, or prussian blue may be used.
  • a metal selected from Ti, Nb, Mo, Ta or W such as WO 3 , MoO 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 or TiO 2, etc. Any one or more of the oxides may be used.
  • the method of providing an electrochromic layer including the inorganic color change material is not particularly limited.
  • an electrochromic layer may be prepared by applying a composition including inorganic chromic particles on a substrate through a wet coating method, or an electrochromic layer may be prepared by using a deposition method using the inorganic component. .
  • the electrolyte layer can provide electrolyte ions involved in the discoloration reaction.
  • the electrolyte ions include H + , Li + , Na + , K + , Rb + , or Cs + .
  • the type of electrolyte used for the electrolyte layer is not particularly limited, and a liquid electrolyte, a gel polymer electrolyte, or an inorganic solid electrolyte may be used without limitation.
  • the electrochromic layer or the ion storage layer described below may include a compound capable of providing H + , Li + , Na + , K + , Rb + , or Cs + , the electrolyte contained in the electrolyte layer
  • the specific composition is not particularly limited.
  • the electrolyte layer may be LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , or LiPF 6. It may include a lithium salt compound, such as, or a sodium salt compound such as NaClO 4 .
  • the electrolyte may further include a carbonate compound as a solvent.
  • a carbonate type compound has high dielectric constant, ionic conductivity can be improved.
  • a solvent such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), or ethylmethyl carbonate (EMC) may be used as the carbonate-based compound.
  • the electrochromic device of the present application may include an auxiliary electrode.
  • the auxiliary electrode is configured to be distinguished from the first electrode layer and the second electrode layer, and may include a conductive line and an insulating portion surrounding the conductive line.
  • the auxiliary electrode including the conductive line can improve the reaction speed of the device.
  • the insulating part may prevent penetration of electrolyte ions into the conductive line, thereby improving or preventing the dissolution of the metal component forming the conductive line, resulting in a decrease in reaction rate and a decrease in durability of the device.
  • the conductive line is silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), magnesium (Mg), gold (Au), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), It may include a metal component selected from titanium (Ti), nickel (Ni) and alloys thereof. In another example, the conductive line may include graphene or carbon nanotubes.
  • the insulating part may include an insulating material having an electrical conductivity of 10 ⁇ 6 S / m or less. Since the lower the electrical conductivity, the properties of the insulating material can be improved, the lower limit of the electrical conductivity is not particularly limited.
  • the measuring method of the electrical conductivity is not particularly limited and may be measured through various known methods.
  • the kind of insulating material that can be used is not particularly limited.
  • an acrylic resin or an epoxy resin may be used as the insulating material, and other organic and / or inorganic materials may be used as the insulating material.
  • the inventors of the present application have found that there is a limit, although the insulation of the auxiliary electrode protects the conductive lines from external electrolyte ions.
  • the conductive line is oxidized, and damage caused by oxidation occurs continuously along the conductive line. It confirmed that it became. If the damage is magnified, the auxiliary electrode will not function.
  • the inventor of the present application has designed the auxiliary electrode as follows so that the oxidation of the conductive line, which has occurred in part, does not adversely affect the adjacent auxiliary electrode.
  • the electrochromic device of the present application may include a plurality of auxiliary electrodes arranged in one direction and electrically shorted to each other.
  • the device of the present application may include a plurality of first auxiliary electrodes arranged in a first direction, and the plurality of first auxiliary electrodes are spaced apart from each other in a first direction and a second direction.
  • the first auxiliary electrode may be used to mean a plurality of first auxiliary electrodes, and each individual first auxiliary electrode may be referred to as a "lower first auxiliary electrode.” According to the above configuration, the region in which the auxiliary electrode functions can be partitioned separately.
  • the first direction and the second direction mean relative directions in which the virtual straight lines may cross each other without being parallel to each other when a virtual straight line extending in each direction is assumed.
  • An angle at which the electrode line in the first direction and the electrode line in the second direction cross each other is not particularly limited, and may be, for example, 90 °.
  • the electrochromic device may further include a plurality of second auxiliary electrodes arranged side by side in a second direction.
  • the plurality of second auxiliary electrodes may also be provided to be spaced apart from each other in a first direction and a second direction.
  • the electrochromic device may include a first auxiliary electrode or a second auxiliary electrode on one surface of the electrochromic layer.
  • the electrochromic device may include both the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode on one surface of an electrochromic layer facing one surface of an electrolyte layer.
  • the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode may have at least one intersection point.
  • the first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode may be configured to have a plurality of intersection points.
  • the electrochromic device of the present application may further include an ion storage layer between the electrolyte layer and the second electrode layer.
  • the ion storage layer may refer to a layer formed to balance the charge balance with the electrochromic layer during the reversible oxidation / reduction reaction for discoloration of the electrochromic material included in the electrochromic layer.
  • the ion storage layer may include an electrochromic material having different color development characteristics from the electrochromic material included in the electrochromic layer. More specifically, when the electrochromic layer includes a reducing electrochromic material, the ion storage layer may include an oxidative electrochromic material.
  • the electrochromic device of the present application may further include an additional auxiliary electrode positioned on a plane different from the aforementioned first auxiliary electrode and the second auxiliary electrode.
  • the additional auxiliary electrode may be located on one surface of the ion storage layer, unlike the first and second auxiliary electrodes.
  • the electrochromic device may further include a plurality of third auxiliary electrodes arranged side by side in the first direction on one surface of the ion storage layer.
  • the plurality of third auxiliary electrodes may be provided to be spaced apart from each other in the first direction and the second direction.
  • the electrochromic device may further include a plurality of fourth auxiliary electrodes arranged side by side in a second direction on one surface of the ion storage layer.
  • the plurality of fourth auxiliary electrodes may also be provided to be spaced apart from each other in the first direction and the second direction.
  • the electrochromic device may include the third auxiliary electrode or the fourth auxiliary electrode on one surface of the ion storage layer facing one surface of the electrolyte layer.
  • the electrochromic device may include both the third auxiliary electrode and the fourth auxiliary electrode on one surface of the ion storage layer facing one surface of the electrolyte layer.
  • the third auxiliary electrode and the fourth auxiliary electrode may have at least one crossing point.
  • the electrochromic device of the present application may include auxiliary electrodes having different resistance values.
  • auxiliary electrodes having different resistance values.
  • the electrochromic device has various resistance elements because a plurality of layers are stacked. In particular, even a single electrochromic layer may have a difference in thin film density or porosity at each point, and in addition, the distance from the power source or the electrode may be different for each point of the electrochromic layer requiring discoloration.
  • the present application can make the optical characteristics of the device uniform by controlling the resistance values differently according to the positions where the respective auxiliary electrodes are disposed. For example, considering each layer configuration of the device, it is judged that the degree of discoloration of the center of the electrochromic layer may not be sufficient than that of the corner, or the speed of discoloration of the center of the electrochromic layer may be slower than that of the corner.
  • the auxiliary electrode located on the center of the electrochromic layer may be configured to have a lower resistance value than the auxiliary electrode located on the edge of the electrochromic layer. Since the resistance is a relative value compared between the respective auxiliary electrodes, the specific unit of the resistance value and the measuring method thereof are not particularly limited.
  • the individual auxiliary electrodes constituting the first auxiliary electrode may have different resistance values. That is, the first auxiliary electrode may include lower first auxiliary electrodes having different resistance values. This configuration can be equally applied to the second to fourth auxiliary electrodes.
  • the first to fourth auxiliary electrodes may be configured to have different resistance values in consideration of the configuration of each device layer or the optical characteristics of the device as a whole.
  • the individual auxiliary electrodes constituting the first auxiliary electrode may have the same or different resistance values. This configuration can be equally applied to the second to fourth auxiliary electrodes.
  • the present application may be configured to have different resistance values of the respective auxiliary electrodes so that different discoloration rates or transmittances may be intentionally implemented on the same plane in consideration of the needs, aesthetics, or other purposes of the customer. have.
  • the electrochromic device of the present application may further include a light transmissive substrate.
  • the light transmissive substrate may be provided on the outer surface of the device, specifically, the first electrode layer and the second electrode layer.
  • the light transmissive substrate may be, for example, a substrate having a visible light transmittance of about 60% to 95%. If the transmittance in the above range is satisfied, the kind of substrate to be used is not particularly limited. For example glass or polymer resins can be used. More specifically, a polyester film such as polycarbonate (PC), polyethylene (phthalene naphthalate) (PEN) or polyethylene (ethylene terephthalate) (PET), an acrylic film such as poly (methyl methacrylate) (PMMA), or polyethylene (PE) Or a polyolefin film such as PP (polypropylene) may be used, but is not limited thereto.
  • PC polycarbonate
  • PEN polyethylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • an acrylic film such as poly (methyl methacrylate) (PMMA)
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • the electrochromic device may further include a power source for applying a voltage to the electrode.
  • the manner of electrically connecting the power source to the device is not particularly limited and may be appropriately made by those skilled in the art.

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Abstract

본 출원은 전기변색소자에 관한 것이다. 본 출원의 전기변색소자는 제1 방향 및 제2 방향 모두에서 서로 이격된 복수의 보조전극을 포함할 수 있다. 상기와 같은 본 출원의 소자는 전기변색속도를 개선하고, 보조전극의 산화로 인한 구동 불량 문제가 확산되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전기변색소자
관련 출원과의 상호 인용
본 출원은 2017년 3월 21일 자 한국 특허 출원 제10-2017-0035157호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 출원은 전기변색소자에 관한 것이다.
전기변색이란 전기화학적 산화 또는 환원 반응에 의하여 전기변색물질의 광학적 성질이 변하는 현상을 말하며, 상기 현상을 이용한 소자를 전기변색소자라 한다. 구체적으로 전기변색소자는, 소자에 전위가 인가될 경우 전해질 이온이 전기변색물질에 삽입되거나 이로부터 탈리되고, 동시에 외부 회로를 통해 전자가 이동하게 되는 방식으로 광학적 성질이 변화한다. 이러한, 전기변색소자는 적은 비용으로도 넓은 면적의 소자를 제조할 수 있고, 소비전력이 낮기 때문에, 스마트 윈도우나 스마트 거울, 그 밖에 차세대 건축 창호 소재로서 주목받고 있다. 그러나 광학적 특성 변화를 위한 전해질 이온의 삽입 반응 및/또는 탈리 반응에는 상당 시간이 소요되기 때문에 변색속도가 느리다는 단점이 있다. 이러한 문제는 전기변색소자를 대면적화하는 경우에 두드러진다.
변색속도 개선과 관련하여, 전극 소재나 전극 형태를 달리하려는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, ITO로 대표되는 투명 도전성 전극의 높은 면저항은 변색속도 저하와 변색 불균일성의 주된 원인으로 지적되었기 때문에, ITO 등의 종래 전극을 메탈메쉬나 OMO(oxide/metal/oxide)와 같은 저 저항 투명 전극으로 대체하려는 시도가 이루어지고 있다. 그러나 저 저항 전극의 도입만으로는 변색속도 개선에 한계가 있고, 무엇보다 소자의 단가가 급격히 상승하게 되는 문제가 있다.
본 출원의 일 목적은, 변색속도가 개선된 전기변색소자를 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 목적은, 보조전극의 산화로 인한 소자의 내구성 저하 문제를 개선할 수 있는 전기변색소자를 제공하는 것이다.
본 출원의 상기 목적 및 기타 그 밖의 목적은 하기 상세히 설명되는 본 출원에 의해 모두 해결될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 출원의 일례에 따르면, 제1 전극층, 전기변색층, 전해질층, 및 제2 전극층을 순차로 포함하는 전기변색소자가 제공될 수 있다.
본 출원에 관한 일 구체예에서, 전기변색소자는 보조전극을 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 다른 구체예에서, 보조전극은 제1 방향으로 나란히 나열된 복수의 제1 보조전극을 포함하고, 복수의 제1 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격될 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 제2 방향으로 나란히 나열된 복수의 제2 보조전극을 더 포함하고, 복수의 제2 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격될 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 전기변색층의 일면상에 제1 보조전극 또는 제2 보조전극을 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 전해질층의 일면과 마주하는 전기변색층의 일면 상에, 제1 보조전극 및 제2 보조전극을 모두 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 제1 보조전극과 제2 보조전극은 적어도 하나의 교차점을 가질 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 전해질층 및 제2 전극층 사이에 이온저장층을 더 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 이온저장층의 일면 상에, 제1 방향으로 나란히 나열된 복수의 제3 보조전극을 더 포함할 수 있다. 복수의 제3 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격될 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 이온저장층의 일면 상에, 제2 방향으로 나란히 나열된 복수의 제4 보조전극을 더 포함할 수 있다. 복수의 제4 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격될 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 전기변색소자는 전해질층의 일면과 마주하는 이온저장층의 일면 상에 제3 보조전극 및 제4 보조전극을 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 제3 보조전극과 제4 보조전극은 적어도 하나의 교차점을 가질 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 제1 내지 제4 보조전극은, 도전성 라인과 상기 도전성 라인을 둘러싸는 절연부를 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 도전성 라인은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 및 이들의 합금중에서 선택되는 금속; 그래핀; 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 절연부는 전기 전도도가 10-6 S/m 이하인 절연재료를 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 절연재료는 (메타)아크릴레이트계 수지 또는 에폭시계 수지를 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 제1 전극층 및 제2 전극층은, 투명 도전성 화합물, 메탈메쉬 또는 OMO(oxide/metal/poxide)를 포함할 수 있다.
본 출원에 관한 또 다른 구체예에서, 이온저장층과 전기변색층은 발색특성이 서로 상이한 전기변색물질을 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 출원의 일 실시예에 따른 전기변색소자를 상세히 설명한다.
본 출원의 일례에 따른 전기변색소자는, 제조 단가를 상승시키지 않으면서도 변색속도를 개선할 수 있는 발명의 효과를 제공한다. 또한, 본 출원은, 보조전극 도입시, 노출된 도전성 라인의 산화로 인한 내구성 저하 문제를 방지 또는 개선할 수 있는 전기변색소자를 제공할 수 있다.
도 1은, 보조전극의 도전성 라인 중 일부분이 노출되면서 산화된 경우, 전극의 손상(damage)이 확장된 모습을 촬영한 이미지이다.
도 2는 본 출원의 일 구체예에 따라, 보조전극이 배열된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 출원의 다른 일 구체예에 따라, 보조전극이 배열된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
본 출원에 관한 일례에서, 본 출원은 전기변색소자에 관한 것이다. 본 출원의 전기변색소자는 제1 전극층, 전기변색층, 전해질층, 및 제2 전극층을 순차로 포함할 수 있다. 즉, 본 출원의 전기변색소자는 제1 전극층, 상기 제1 전극층 상에 마련되는 전기변색층, 상기 전기변색층 상에 마련되는 전해질층, 상기 전해질층 상에 마련되는 제2 전극층을 포함할 수 있다. 본 출원에서 구성간 위치와 관련하여 사용되는 용어 「~상」은, “위” 또는 “상부”에 대응하는 의미로 사용되며, 특별히 다르게 기재되지 않는 이상, 해당 위치를 갖는 구성이 다른 구성에 직접 접하면서 그 위에 존재하는 경우를 의미할 수도 있고, 이들 사이에 다른 구성이 존재하는 경우를 의미할 수도 있다.
제1 및 제2 전극층의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 가시광에 대한 투과율이 60% 이상인 전극 재료라면 특별히 제한되지 않고 전극층에 사용될 수 있다. 본 출원에서 「가시광」이라 함은, 380 nm 내지 780 nm 파장 범위의 광을, 보다 구체적으로는 550 nm 파장의 광을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 전극층은 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide)을 포함할 수 있다. 투명 도전성 산화물로는, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), In2O3(indium oxide), IGO(indium galium oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO(zink oxide), 또는 CTO (Cesium Tungsten Oxide) 등이 사용될 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 전극층은 OMO(oxide metal oxide)를 포함할 수 있다. 상기 OMO는, 제1 금속 산화물층과 제2 금속산화물층을 포함하고, 상기 2개의 금속산화물층 사이에 은(Ag)과 같은 저저항 재료를 포함하는 금속층을 포함할 수 있다. 상기 제1 또는 제2 금속 산화물층은 Sb, Ba, Ga, Ge, Hf, In, La, Ma, Se, Si, Ta, Se, Ti, V, Y, Zn 및 Zr로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 금속층은 은(Ag) 외에도, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 등과 같은 저저항의 금속 재료를 포함할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 제1 및 제2 전극층은 메탈메쉬 형태의 전극일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전극층은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 또는 니켈(Ni)을 포함하는 전극 라인이 격자 형상을 이루는 메탈메쉬일 수 있다.
전기변색층은 인가되는 전압에 의해 유발되는 전기화학 반응에 의해 변색가능한 물질, 즉 전기변색 물질을 포함하는 층일 수 있다. 전기변색 물질로는, 예를 들어, 유기변색 물질 또는 무기변색 물질이 사용될 수 있다. 유기변색물질로는 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리피리딘, 폴리인돌, 폴리카바졸 등과 같은 고분자뿐 아니라, 비올로겐, 안트라퀴논, 페노사이아진과 같은 물질이 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 전기변색 물질로는 무기변색 물질이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 산화 반응에 의해 변색하는 산화성 무기변색 물질 또는 환원 반응에 의해 변색하는 환원성 무기변색 물질이 사용될 수 있다. 산화성 변색 물질의 비제한적인 일례로는, 예를 들어, LiNiOx, IrO2, NiO, V2O5, LixCoO2 , Rh2O3 또는 CrO3 등과 같이, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 및 Ir 중에서 선택된 금속 중 어느 하나 이상의 산화물, 또는 프러시안 블루(prussian blue) 가 사용될 수 있다. 또한, 환원성 변색물질의 비제한적인 일례로는, 예를 들어, WO3, MoO3, Nb2O5, Ta2O5 또는 TiO2 등과 같이, Ti, Nb, Mo, Ta 또는 W 중에서 선택된 금속 중 어느 하나 이상의 산화물이 사용될 수 있다. 상기 무기변색물질을 포함하는 전기변색층을 마련하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 습식 코팅 방식을 통해 무기변색입자를 포함하는 조성물을 기재 상에 도포하여 전기변색층이 마련될 수 있으며, 또는 상기 무기 성분을 이용한 증착 방식을 이용하여 전기변색층이 마련될 수 있다.
전해질층은 변색 반응에 관여하는 전해질 이온을 제공할 수 있다. 전해질 이온으로는 H+, Li+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+을 예로 들 수 있다. 전해질층에 사용되는 전해질의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 액체 전해질, 겔 폴리머 전해질 또는 무기 고체 전해질이 제한없이 사용될 수 있다.
상기 전기변색층 또는 하기 설명되는 이온저장층에, H+, Li+, Na+, K+, Rb+, 또는 Cs+ 을 제공할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다면, 전해질층에 포함되는 전해질의 구체적인 조성은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전해질층은 LiClO4, LiBF4, LiAsF6, 또는 LiPF6 와 같은 리튬염 화합물이나, NaClO4와 같은 나트륨염 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 전해질은, 용매로서 카보네이트 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 카보네이트계 화합물은 유전율이 높기 때문에, 이온 전도도를 높일 수 있다. 비제한적인 일례로서, PC(propylene carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate) 또는 EMC(ethylmethyl carbonate)와 같은 용매가 카보네이트계 화합물로 사용될 수 있다.
본 출원의 전기변색소자는 보조전극을 포함할 수 있다. 상기 보조전극은, 제1 전극층 및 제2 전극층과는 구별되는 구성으로서, 도전성 라인 및 상기 도전성 라인을 둘러싸는 절연부를 포함할 수 있다. 도전성 라인을 포함하는 보조전극은 소자의 반응속도를 개선할 수 있다. 또한, 상기 절연부는 도전성 라인에 대한 전해질 이온의 침투를 방지하여, 도전성 라인을 형성하는 금속 성분의 용출과 그로 인한 반응속도 저하 및 소자의 내구성 저하 문제를 개선 또는 방지할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 도전성 라인은, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 및 이들의 합금 중에서 선택되는 금속 성분을 포함할 수 있다. 또 하나의 예시에서, 상기 도전성 라인은 그래핀 또는 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 절연부는 전기 전도도가 10-6 S/m 이하인 절연재료를 포함할 수 있다. 전기 전도도가 낮을수록 절연 재료의 특성이 개선될 수 있기 때문에, 전기 전도도의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 전기 전도도의 측정 방법은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 공지의 방법을 통해 측정될 수 있다.
상기 범위의 전기 전도도를 만족할 수 있다면, 사용 가능한 절연재료의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 절연재료로는 아크릴 수지 또는 에폭시 수지가 사용될 수 있으며, 그 외의 유기물 및/또는 무기물이 절연재료로서 사용될 수 있다.
본 출원의 발명자는, 비록 보조전극의 절연부가 도전성 라인을 외부 전해질 이온으로부터 보호하기는 하지만, 한계가 존재한다는 것을 확인하였다. 특히, 절연부에 둘러싸였던 도전성 라인의 일부가 전해질 이온에 노출될 경우에는, 도전성 라인이 산화되고, 산화에 의한 손상이 도전성 라인을 타고 연속적으로 일어나면서, 도 1과 같이, 손상 부위가 점점 확대되는 것을 확인하였다. 손상이 확대될 경우 보조전극은 그 기능을 할 수 없게 된다. 이러한 점을 고려하여, 본 출원의 발명자는, 일부에서 일어난 도전성 라인의 산화가 인접하는 보조전극에 악영향을 끼치지 않도록 보조전극을 하기와 같이 설계하였다.
하나의 예시에서, 본 출원의 전기변색소자는, 어느 하나의 방향으로 나열되고, 전기적으로 서로 단락(단선)된 복수의 보조전극을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 2에서와 같이, 본 출원의 소자는 제1 방향으로 나열된 복수의 제1 보조전극을 포함할 수 있고, 상기 복수의 제1 보조전극은, 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격될 수 있다. 본 출원에서, 제1 보조전극은 복수의 제1 보조전극을 통칭하는 의미로 사용될 수 있으며, 각각의 개별적인 제1 보조전극은 "하위 제1 보조전극"이라고 칭할 수 있다. 상기와 같은 구성에 의해 보조전극이 기능하는 영역이 개별적으로 구획될 수 있고, 결과적으로, 보조전극 내 도전성 라인이 노출되면서 산화되더라도, 산화로 인한 손상 영역의 작동 불량 문제가 인접 영역으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 본 출원에서 제1 방향 및 제2 방향은, 각 방향으로 연장하는 가상의 직선을 상정할 경우, 상기 가상의 직선이 서로 평행하지 않고 교차할 수 있는 상대적인 방향을 의미한다. 상기 제1 방향의 전극 라인과 상기 제2 방향의 전극 라인이 교차하는 각도는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 90° 일 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 전기변색소자는 제2 방향으로 나란히 나열된 복수의 제2 보조전극을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수의 제2 보조전극 역시 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되도록 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 전기변색소자는, 전기변색층의 일면 상에 제1 보조전극 또는 제2 보조전극을 포함할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 전기변색소자는, 전해질층의 일면과 마주하는 전기변색층의 일면 상에, 상기 제1 보조전극 및 상기 제2 보조전극을 모두 포함할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 제1 보조전극과 제2 보조전극은 적어도 하나의 교차점을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이, 본 출원 소자에서, 제1 보조전극과 제2 보조전극은 복수의 교차점을 갖도록 구성될 수 있다.
본 출원의 전기변색소자는 전해질층 및 제2 전극층 사이에 이온저장층을 더 포함할 수 있다. 이온저장층은, 전기변색층에 포함되는 전기변색물질의 변색을 위한 가역적 산화·환원 반응시, 전기변색층과의 전하 균형(charge balance)을 맞추기 위해 형성된 층을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 이온저장층은 전기변색층에 포함되는 전기변색물질과 발색 특성이 상이한 전기변색물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 전기변색층이 환원성 전기변색물질을 포함할 경우, 이온저장층은 산화성 전기변색물질을 포함할 수 있다.
본 출원의 전기변색소자는 상기 언급된 제1 보조전극 및 제2 보조전극과는 서로 다른 평면상에 위치하는 추가의 보조전극을 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 추가되는 보조전극은 제1 및 제2 보조전극과 달리, 이온저장층의 일면 상에 위치할 수 있다.
하나의 예시에서, 전기변색소자는 이온저장층의 일면 상에, 제1 방향으로 나란히 나열된 복수의 제3 보조전극을 더 포함할 수 있다. 복수의 제3 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되도록 마련될 수 있다.
또 하나의 예시에서, 전기변색소자는 이온저장층의 일면 상에, 제2 방향으로 나란히 나열된 복수의 제4 보조전극을 더 포함할 수 있다. 복수의 제4 보조전극 역시, 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되도록 마련될 수 있다.
하나의 예시에서, 전기변색소자는 전해질층의 일면과 마주하는 이온저장층의 일면 상에, 상기 제3 보조전극 또는 상기 제4 보조전극을 포함할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 전기변색소자는 전해질층의 일면과 마주하는 이온저장층의 일면 상에, 상기 제3 보조전극 및 상기 제4 보조전극을 모두 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제3 보조전극과 제4 보조전극은 적어도 하나의 교차점을 가질 수 있다.
본 출원의 전기변색소자는 저항 값이 서로 상이한 보조전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이, 제1 보조전극이 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되고, 제1 방향으로 나란히 나열된 복수의 하위 보조전극을 포함하는 경우, 개별적인 각각의 보조전극은 서로 상이한 저항 값을 가질 수 있다. 구체적으로, 전기변색소자는 복수 개의 층이 적층되어 있기 때문에 다양한 저항 요소가 존재한다. 특히, 단일 전기변색층에서도 각 지점별 박막 밀도나 공극률에서 차이가 있을 수 있고, 그 외에도 변색이 요구되는 전기변색층의 각 지점 별로 전원이나 전극으로부터의 거리 차이가 모두 상이하다. 이러한 요인들은 동일 평면인 전기변색층에서도 부분적인 변색 속도의 차이를 가져오며, 결과적으로는 소자의 광학적 특성을 불균일하게 만들 수 있다. 그에 따라, 본 출원은 각 보조전극이 배치되는 위치에 따라 저항 값을 서로 상이하게 제어함으로써 소자의 광학적 특성을 균일하게 만들 수 있다. 예를 들어, 소자의 각 층 구성을 고려할 때, 전기변색층 중앙부가 변색하는 정도가 모서리부의 그것보다 충분치 못하거나, 또는 전기변색층의 중앙부가 변색하는 속도가 모서리부의 그것보다 느릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 전기변색층 중앙부 상에 위치하는 보조전극이 전기변색층 모서리부 상에 위치하는 보조전극보다 상대적으로 낮은 저항 값을 갖도록 구성될 수 있다. 상기 저항은 각 보조전극 사이에 비교되는 상대적인 수치이기 때문에, 저항값의 구체적인 단위나 그 측정 방법은 특별히 제한되지 않는다.
하나의 예시에서, 상기 제1 보조전극을 구성하는 개별 보조전극은 서로 상이한 저항 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 보조전극은 서로 상이한 저항 값을 갖는 하위 제1 보조전극을 포함할 수 있다. 이러한 구성은 제2 내지 제4 보조전극에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
또 하나의 예시에서, 소자 각 층의 구성이나 소자의 광학 특성을 전체적으로 고려하여, 상기 제1 내지 제4 보조전극 역시 서로 상이한 저항 값을 갖도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 보조전극을 구성하는 개별 보조전극은 서로 동일 또는 상이한 저항 값을 가질 수 있다. 이러한 구성은 제2 내지 제4 보조전극에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
상기 설명한 바와 같이 각 보조전극의 저항 값을 서로 상이하게 구성시키는 것은 광학적 특성의 균일성 측면에만 국한되지 않는다. 구체적으로, 본 출원은, 고객의 니즈, 심미성 또는 그 외 목적 등을 고려하여 동일 평면상에도 서로 다른 변색속도 또는 투과도가 의도적으로 구현될 수 있도록, 각 보조전극의 저항 값을 서로 다르게 구성시킬 수 있다.
본 출원의 전기변색소자는 투광성 기재를 추가로 포함할 수 있다. 투광성 기재는 소자의 외측면, 구체적으로는, 제1전극층 및 제2 전극층 상에 마련될 수 있다.
상기 투광성 기재는, 예를 들어 가시광 투과율이 약 60 % 내지 95 % 인 기재일 수 있다. 상기 범위의 투과율을 만족한다면, 사용되는 기재의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 유리 또는 고분자 수지가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, PC(Polycarbonate), PEN(poly(ethylene naphthalate)) 또는 PET(poly(ethylene terephthalate))와 같은 폴리에스테르 필름, PMMA(poly(methyl methacrylate))와 같은 아크릴 필름, 또는 PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene)와 같은 폴리올레핀 필름 등이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 상기 전기변색소자는, 전극에 전압을 인가할 수 있는 전원을 더 포함할 수 있다. 전원을 소자에 전기적으로 연결하는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 당업자에 의해 적절히 이루어질 수 있다.

Claims (15)

  1. 제1 전극층, 전기변색층, 전해질층, 및 제2 전극층을 순차로 포함하는 전기변색소자이고,
    상기 전기변색소자는 제1 방향으로 나란히 나열된 복수의 제1 보조전극을 더 포함하고, 상기 제1 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되는 전기변색소자.
  2. 제1항에 있어서, 제2 방향으로 나란히 나열된 복수의 제2 보조전극을 더 포함하고, 상기 제2 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되는 전기변색소자.
  3. 제2항에 있어서, 전기변색층의 일면 상에 제1 보조전극 또는 제2 보조전극을 포함하는 전기변색소자.
  4. 제3항에 있어서, 전해질층의 일면과 마주하는 전기변색층의 일면 상에 제1 보조전극 또는 제2 보조전극을 포함하는 전기변색소자.
  5. 제4항에 있어서, 전해질층의 일면과 마주하는 전기변색층의 일면 상에, 상기 제1 보조전극 및 상기 제2 보조전극을 포함하고, 제1 보조전극과 제2 보조전극은 적어도 하나의 교차점을 갖는 전기변색소자.
  6. 제1항에 있어서, 전기변색소자는 전해질층 및 제2 전극층 사이에 이온저장층을 더 포함하는 전기변색소자.
  7. 제6항에 있어서, 이온저장층의 일면 상에, 제1 방향으로 나란히 나열된 복수의 제3 보조전극을 더 포함하고, 상기 제3 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되는 전기변색소자.
  8. 제7항에 있어서, 이온저장층의 일면 상에, 제2 방향으로 나란히 나열된 복수의 제4 보조전극을 더 포함하고, 상기 제4 보조전극은 제1 방향 및 제2 방향에서 서로 이격되는 전기변색소자.
  9. 제8항에 있어서, 전해질층의 일면과 마주하는 이온저장층의 일면 상에 제3 보조전극 및 제4 보조전극을 포함하고, 제3 보조전극과 제4 보조전극은 적어도 하나의 교차점을 갖는 전기변색소자.
  10. 제9항에 있어서, 제1 내지 제4 보조전극은, 도전성 라인과 상기 도전성 라인을 둘러싸는 절연부를 포함하는 전기변색소자.
  11. 제10항에 있어서, 도전성 라인은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 백금(Pt), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 니켈(Ni) 및 이들의 합금중에서 선택되는 금속; 그래핀; 또는 탄소나노튜브를 포함하는 전기변색소자.
  12. 제10항에 있어서, 절연부는 전기 전도도가 10-6 S/m 이하인 절연재료를 포함하는 전기변색소자.
  13. 제12항에 있어서, 절연재료는 (메타)아크릴레이트계 수지 또는 에폭시계 수지를 포함하는 전기변색소자.
  14. 제1항에 있어서, 제1 전극층 및 제2 전극층은, 투명 도전성 화합물, 메탈메쉬 또는 OMO(oxide/metal/oxide)를 포함하는 전기변색소자.
  15. 제6항에 있어서, 이온저장층과 전기변색층은 발색특성이 서로 상이한 전기변색물질을 포함하는 전기변색소자.
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