WO2018208022A1 - 전기변색소자 - Google Patents

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WO2018208022A1
WO2018208022A1 PCT/KR2018/004339 KR2018004339W WO2018208022A1 WO 2018208022 A1 WO2018208022 A1 WO 2018208022A1 KR 2018004339 W KR2018004339 W KR 2018004339W WO 2018208022 A1 WO2018208022 A1 WO 2018208022A1
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WO
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ionic liquid
color change
electrode
change material
material layer
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PCT/KR2018/004339
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English (en)
French (fr)
Inventor
오운수
손문영
이인회
류지창
박진경
이동건
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엘지이노텍 주식회사
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances

Definitions

  • the present invention relates to an electrochromic device, and more particularly, to an electrolyte layer included in the electrochromic device.
  • Electrochromism is a phenomenon in which the color is reversibly changed depending on 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 not applied from the outside, the electric signal is applied. When the color disappears.
  • An electrochromic device is a device using a phenomenon in which the light transmittance of an electrochromic material is changed by an electrochemical redox reaction, and is used for displaying a display, a large poster or a guide plate, which requires discoloration of a specific part, such as an ESL (electro shelf label), It is used to adjust the light transmittance or reflectivity of smart windows, building window glass, car mirror, flexible display, car sunroof, sports glasses, etc.
  • ESL electronic shelf label
  • the performance of the electrochromic device depends on the color change rate, and the color change rate may be affected by the electrolyte. Accordingly, there is an attempt to form an electrolyte using an ionic liquid in order to improve the discoloration rate.
  • Ionic liquids refer to salts in the liquid state, and have positive and negative ions, with cations and anions zeroing each other's charges. Ionic liquids have attracted attention as a material for electrolytes because they have low vapor pressure, non-combustibility, electrochemical stability and high ionic conductivity at room temperature.
  • the ionic liquid When the ionic liquid is used alone as the material of the electrolyte, due to the leakage of the electrolyte, there is a limit to the thinning of the film-shaped processing and discoloration element.
  • the ionic liquid may be mixed with the polymer and then cured using UV or heat. In this case, however, the electrolyte layer is transferred to the transparent electrode after repeated driving.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide an electrolyte layer of the electrochromic device.
  • An electrochromic device includes a first substrate, a first electrode disposed on the first substrate, a first color fading material layer disposed on the first electrode and including a first color change material, and the first An electrolyte layer disposed on the color change material layer, a second color change material layer disposed on the electrolyte layer and including a second color change material, a second electrode disposed on the second color change material layer, and a second disposed on the second electrode
  • the second ionic liquid may be an ionic liquid whose cation comprises a carbon double bond or a carbon triple bond.
  • the second ionic liquid may be an ionic liquid whose cation includes a vinyl group or an acrylate group.
  • the second ionic liquid may be an ionic liquid in which the cation further comprises at least one of imidazolium or ammonium.
  • the second ionic liquid may have a cation of 1-methyl-3-vinylimidazolium or [3- (methacryloylamino) propyl] trimethylammonium ([(3- methacryloylamino) propyl] trimethylammonium).
  • the first ionic liquid is cation ammonium (ammonium), imidazolium (imidazolium), oxazolium (oxazolium), piperidinium (pyridinium), pyrazinium, pyrazolium (pyrazolium), pyridazinium at least one of pyridazinium, pyridinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, pyrrolinium, pyrrolinium, pyrrolium and thiazlium, and triazolium It may include one.
  • the second ionic liquid may be included in an amount of 5 to 15 parts by weight based on 10 parts by weight of the first ionic liquid.
  • the electrolyte layer may further include a lithium salt.
  • the electrolyte layer may further include a photoinitiator.
  • An electrochromic device includes a first substrate, a first electrode disposed on the first substrate, a first color fading material layer disposed on the first electrode and including a first color change material, and the first An electrolyte layer disposed on the color change material layer, a second color change material layer disposed on the electrolyte layer and including a second color change material, a second electrode disposed on the second color change material layer, and a second disposed on the second electrode
  • an electrochromic device having a high discoloration rate can be obtained.
  • an electrolyte layer that has a high discoloration rate, no fear of leakage, and thus processing in the form of a film and a thin film, but which is not transferred or diffused toward the transparent electrode.
  • the bonding force between the transparent electrode and the color change material layer or the color change material layer and the electrolyte layer can be increased, thereby increasing the ion conductivity and the color change speed.
  • the ion conductivity in the color change material layer may be increased, thereby increasing the color change rate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an electrochromic device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrochromic device according to still another embodiment of the present invention.
  • Example 4 is a photograph of the electrolyte layer of Example 3 after repeated driving.
  • 6 to 10 are cross-sectional views of a part of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 illustrates a color change material layer according to an embodiment of the present invention.
  • Example 12 is a graph comparing the performance of the electrochromic device according to Comparative Example 11 and Example 11.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating an example in which an electrochromic device according to an embodiment of the present invention is applied to an ESL
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a part of FIG. 13.
  • FIG 15 shows an electrochromic device including an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a view illustrating an electronic shelf label system to which an electrochromic device is applied according to an embodiment of the present invention.
  • ordinal numbers such as second and first
  • first and second components may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
  • each layer, region, pattern, or structure may be “under” or “under” a substrate, each layer (film), region, pad, or pattern.
  • the substrate to be formed in includes all formed directly or through another layer. Criteria for the top / bottom or bottom / bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
  • the thickness or size of each layer (film), region, pattern or structures in the drawings may be modified for clarity and convenience of description, and thus do not necessarily reflect the actual size.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrochromic device 100 is disposed on the first electrode part 110 and the first electrode part 110, and includes the first color change material layer 120 and the first color change including the first color change material.
  • the first electrode part 110 and the second electrode part 150 are respectively connected to the first terminal part 160 and the second terminal part 170 having different polarities, and the first terminal part 160 and the second terminal part 170. Power is supplied from
  • the sealing part 180 may be further disposed on side surfaces of the first color change material layer 120, the second color change material layer 140, and the electrolyte layer 130.
  • the first electrode unit 110 may include a first transparent substrate 112 and a first transparent electrode 114
  • the second electrode unit 150 may include a second transparent substrate 152 and a second transparent electrode ( 154).
  • the first transparent substrate 112 and the second transparent substrate 152 is a transparent substrate having a transmittance (T%) of 98% or more, and may be glass, plastic, or a flexible polymer film.
  • flexible polymer films include polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polymethylmethacryl Polyethylene Methacrylate (PMMA), Polyethylene Naphthalate (PEN), Polyether Sulfone (PES), Cyclic Olefin Copolymer (COC), Triacetylcellulose (TAC) Film, Polyvinyl Alcohol Polyvinyl alcohol (PVA) film, polyimide (Polyimide, PI) film, polystyrene (Polystyrene, PS) may be made of any one, which is only one example, but is not necessarily limited thereto.
  • the first color change material layer 120, the electrolyte layer 130, and the second color change material layer 140 may be reversibly changed in color by application of voltage from the outside using an electrochromic principle that changes color when a voltage is applied. Or an element whose transmittance varies.
  • the total thickness of the first color change material layer 120, the electrolyte layer 130, and the second color change material layer 140 may be 10 to 500 ⁇ m, preferably 20 to 300 ⁇ m, and more preferably 50 to 200 ⁇ m. have.
  • the contact between the first transparent electrode 114 and the second transparent electrode 154 is performed. If the total thickness of the first color change material layer 120, the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140 exceeds 500 ⁇ m, the electrical conductivity is reduced to the reaction rate Can be slow.
  • the first color change material layer 120 and the second color change material layer 140 may include a material having excellent discoloration or discoloration performance, excellent response speed, durability, and a memory effect.
  • the first color change material layer 120 may be an oxidative color change layer that undergoes an oxidation reaction
  • the second color change material layer 140 may be a reduction color change layer that performs a reduction reaction.
  • the first color change material layer 120 may be a reduction color change layer for a reduction reaction
  • the second color change material layer 140 may be an oxidation color change layer for an oxidation reaction.
  • the first color change material layer 120 and the second color change material layer 140 may include at least one of an organic color change material and an inorganic color change material.
  • the color change material refers to a material having an electrochromic property that the light absorption is changed by the electrochemical oxidation, reduction, electrochemical oxidation of the electrochromic material reversibly depending on whether the voltage is applied and the voltage intensity , A reduction phenomenon occurs, whereby the transparency and absorbance of the color change material may be reversibly changed.
  • the organic discoloring material may be selected from the group consisting of, for example, viologen, anthraquinone, polypyrrole and polythiophene, polyanthracene, polyfluorene, polycarbazole, polyphenylvinylene and derivatives thereof
  • the color change material may be selected from the group consisting of oxides of tungsten, iridium, nickel, vanadium, molybdenum, manganese, titanium, cerium and niobium, for example.
  • the color change material may be Prussian blue (PB) or Prussian blue analog (PB analog).
  • WO 3 is a discoloration material included in the reducing discoloration layer
  • PB may be a discoloration material included in the oxidative discoloration layer.
  • each of the first transparent electrode 114 and the second transparent electrode 154 may include a transparent conductive material through which electricity may flow without disturbing the transmission of light.
  • the transparent conductive material may be, for example, indium tin oxide (ITO), fluorine tin oxide (FTO), indiun zinc oxide (IZO), tin oxide, zinc oxide, titanium oxide, or the like. It may include a metal oxide of.
  • the transparent conductive material may include nanopowder composites such as nanowires, photosensitive nanowire films, carbon nanotubes (CNTs), graphenes, or mixtures thereof. Here, it is possible to control the color and reflectance while ensuring the electrical conductivity through the control of the content of the nano-powder.
  • transparent conductive materials include chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), molybdenum (Mo), gold (Au), titanium (Ti) and alloys thereof. It may also include at least one.
  • Each of the first transparent electrode 114 and the second transparent electrode 154 may have a film shape, and transmittance of light may be 80% or more.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an electrochromic device according to another embodiment of the present invention. The same description as in FIG. 1 is omitted.
  • the electrochromic device 100 is disposed on the first electrode part 110 and the first electrode part 110, and includes the first color change material layer 120 and the first color change including the first color change material.
  • the first electrode part 110 and the second electrode part 150 are respectively connected to the first terminal part 160 and the second terminal part 170 having different polarities, and the first terminal part 160 and the second terminal part 170. Power is supplied from
  • the sealing part 180 may be further disposed on side surfaces of the first color change material layer 120, the second color change material layer 140, and the electrolyte layer 130.
  • the first electrode unit 110 may include a first transparent substrate 112 and a first transparent electrode 114
  • the second electrode unit 150 may include a second transparent substrate 152 and a second transparent electrode ( 154).
  • the substrate 200 having a predetermined color may be further disposed below the first electrode layer 110.
  • the predetermined color may be white, and thus, the letters, numbers, pictures, and the like that are discolored may be more clearly seen.
  • the predetermined color may be various colors in addition to the white series.
  • the color of letters, numbers, pictures, and the like that are discolored may be finely adjusted.
  • ESL electronic shelf label
  • a digital signage, an E-paper, or the like colors of letters, numbers, pictures, etc. displayed are clearly displayed. Can be.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrochromic device according to still another embodiment of the present invention. The same description as in FIGS. 1 and 2 will not be repeated.
  • the electrochromic device 100 is disposed on the first electrode part 110 and the first electrode part 110, and includes the first color change material layer 120 and the first color change including the first color change material.
  • the second terminal unit 150 connected to the second electrode unit 150, the first electrode unit 110, and connected to the first terminal unit 160 having the first polarity and the second electrode unit 150 and having the second polarity ( 170).
  • one of the first electrode part 110 and the second electrode part 150 includes a transparent substrate 152 and a transparent electrode 154.
  • the transparent electrode 154 may be disposed on a surface of the transparent substrate 152 facing the electrolyte layer 130 and may include a transparent conductive material.
  • the other one of the first electrode part 110 and the second electrode part 150 includes a conductive substrate having a predetermined color.
  • the predetermined color may be white based, but is not limited thereto and may have various colors except transparent.
  • the conductive substrate of a predetermined color may be formed by plating or depositing at least one of Sn, Ag, Al, Cu, Al, and Mo.
  • the conductive substrate of a given color may have a single layer or multilayer structure.
  • the predetermined color may vary depending on the type and particle size of the metal to be plated or deposited.
  • the first electrode unit 110 includes a conductive substrate having a predetermined color except transparent, the color of the region discolored by letters, numbers, pictures, etc. can be more clearly displayed, and 10 -2. High color change is possible due to the low sheet resistance of 10 ⁇ 3 ⁇ / sq.
  • the electrolyte layer 130 may include at least one of a polymerizable monomer, a polymerizable oligomer and a polymer, a first ionic liquid, and a second ionic liquid heterogeneous with the first ionic liquid. Include. In this case, at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer, 100 wt% of the first ionic liquid, and the second ionic liquid, 10 to 30 wt% of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer.
  • the first ionic liquid and the second ionic liquid may be included in 70 to 90wt%, preferably 80 to 90wt%. If the first ionic liquid and the second ionic liquid are included below this numerical range, the discoloration rate may be slowed. In addition, when the first ionic liquid and the second ionic liquid are included beyond the above numerical range, the electrolyte layer is separated from the electrode layer, and the electrolyte layers may be bundled together.
  • the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer, and the polymer serve as a matrix in the electrolyte layer 130, and the acrylic monomer, the acrylic oligomer, the acrylic polymer, the acrylate monomer, the acrylate oligomer, and the acrylate polymer , A carbonate monomer, a carbonate oligomer, and a carbonate polymer.
  • the polymerizable monomers, polymerizable oligomers and polymers include urethane acrylate, acrylonitrile, methacrylonitrile, methyl acrylate, methyl methacrylate, methyl styrene, vinyl ester compounds, vinyl chloride, vinylidene chloride, Acrylamide, tetrafluoroethylene, vinyl acetate, methyl vinyl ketone, ethylene, styrene, paramethoxy styrene, paracyano styrene, polyethyleneglycol acrylate, etc. are mentioned, These can be individual or it can mix 2 or more types.
  • the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer may be monomers, oligomers and polymers exemplified in the following Chemical Formulas 1 to 3.
  • the polymerizable monomers, polymerizable oligomers and polymers may be polymerizable by UV or heat.
  • the electrolyte layer 130 may further include an azo compound such as Azobisisobutyronitrile (AIBN), which is a thermal initiator, or Irgacure-184, Darocure, which is a photo initiator, or the like.
  • AIBN Azobisisobutyronitrile
  • the thermal initiator or photoinitiator may be included in 0.5 to 1.5wt% of the electrolyte layer 130, an example of the photoinitiator is represented by the formula (4).
  • the ionic liquid refers to a salt in a liquid state, it is made of ions, but is characterized in that the cation and anion is electrically neutral by making the charge to zero.
  • the first ionic liquid is a different kind of ionic liquid from the second ionic liquid, and the first ionic liquid is not capable of reacting with at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer.
  • Non-ionic liquid, and the second ionic liquid may be an ionic liquid capable of reacting with at least one of the polymerizable monomer, polymerizable oligomer, and polymer.
  • the cations included in the first ionic liquid include ammonium, imidazolium, oxazolium, piperidinium, pyrazinium, and pyrazolium ( pyrazolium, pyridazinium, pyridinium, pyrimidinium, pyrimidinium, pyrrolidinium, pyrrolinium, pyrroliumium, pyrrolium, thiazolium, triazolium (triazolium), and the like
  • anions include halogen, BF 4 -, PF 6 - , a sulfonate-based [(SO 2 R) O] -, imide [(SO 2 R) 2 N ] -, methide based [(SO 2 R) 3 C ] - , and the like.
  • R may be an aryl or alkyl substituent which may receive halogen, CF 3 , C 2 F 5 and other electron pairs.
  • the first ionic liquid is 1-decyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide having a structure of Formula 5 below (1-Decyl-3-mathylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), but is not limited thereto.
  • the first ionic liquid is not capable of reacting with at least one of the matrix, i.e., the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer, and thus may be evenly dispersed in the matrix.
  • the second ionic liquid is capable of reacting with at least one of the matrix, i.e., the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer.
  • the second ionic liquid may be mixed with the reactive ionic liquid.
  • the second ionic liquid may be an ionic liquid having a cation having a carbon double bond or a carbon triple bond.
  • the reactive ionic liquid may be an ionic liquid whose cation has a carbon double bond or a carbon triple bond. Irradiation of UV to an ionic liquid having a carbon double bond or carbon triple bond generates radicals, which can react with at least one of polymerizable monomers, polymerizable oligomers and polymers added to the matrix. .
  • the second ionic liquid may be cross-polymerized with the matrix and maintain a stable dispersion in the electrolyte layer.
  • the second ionic liquid, the cation may include a vinyl group or an acrylate group, the cation may further include at least one of imidazolium or ammonium.
  • the second ionic liquid has a cation of 1-methyl-3-vinylimidazolium or [3- (methacryloylamino) propyl] trimethylammonium ([( 3-methacryloylamino) propyl] trimethylammonium).
  • the second ionic liquid may have a cation of one of Formula 6, Formula 7, or Formula 8.
  • the second ionic liquid is already 3-[(methacryloylamino) propyl] trimethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) De (3-[(methacrylamino) propyl) trimethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide], but is not limited thereto.
  • the second ionic liquid may be included in an amount of 5 to 15 parts by weight, preferably 5 to 10 parts by weight, and more preferably 5 to 8 parts by weight, based on 10 parts by weight of the first ionic liquid. If the second ionic liquid is contained in more than this numerical range, the reaction with the matrix may occur in an excessive amount, thereby stiffening the entire electrolyte layer, and thus the resistance may be increased to lower the discoloration rate. If the second ionic liquid contains less than this numerical range, a phenomenon may occur in which the electrolyte layer is transferred and diffused toward the electrode portion.
  • the electrolyte layer 130 may further include a metal salt, and the metal salt may include lithium ions.
  • the metal salt may include lithium ions.
  • lithium ions may be included in the form of Chemical Formula 10, and may be included in an amount of 30 wt% or less, preferably 10 to 30 wt%, of the entire electrolyte layer 130.
  • the electrolyte layer 130 includes lithium ions, it is possible to obtain a fast discoloration rate due to low vapor pressure, non-flammability, electrochemical stability, and high ion conductivity at room temperature of the ionic liquid.
  • a 200 nm thick WO 3 thin film was formed on the ITO transparent electrode by a bar coating method, and a 200 nm thick Prussian blue thin film was formed on the other ITO transparent electrode in the same manner.
  • a 100 ⁇ m thick dam (sealing part) was made, the electrolyte layer composition was coated in the dam, and then irradiated with 1,100 mJ / cm 2 in an ultraviolet exposure machine to produce a 10 cm * 10 cm electrochromic device.
  • Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) of 1.03 mol / L after mixing at a weight ratio of at least one polymerizable monomer, a polymerizable oligomer and a polymer, an ionic liquid, and a photoinitiator of formula 4 at 9: 90: 1 was added.
  • at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer and the polymer is a urethane acrylic oligomer and an acrylic monomer mixed in a weight ratio of 1: 1, and the first ionic liquid of Formula 5 and the second ionic liquid of Formula 9 are 4 Mix at a weight ratio of about 6.
  • Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) of 1.03 mol / L after mixing at a weight ratio of at least one polymerizable monomer, a polymerizable oligomer and a polymer, an ionic liquid, and a photoinitiator of formula 4 at 9: 90: 1 was added.
  • at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer, and the polymer is a urethane acrylic oligomer and an acrylic monomer mixed in a weight ratio of 1: 1, and the first ionic liquid of Formula 5 and the second ionic liquid of Formula 9 are 5 Mix at a weight ratio of 5 to 5.
  • Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) of 1.03 mol / L after mixing at a weight ratio of at least one polymerizable monomer, a polymerizable oligomer and a polymer, an ionic liquid, and a photoinitiator of formula 4 at 9: 90: 1 was added.
  • at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer, and the polymer is a urethane acrylic oligomer and an acrylic monomer mixed in a weight ratio of 1: 1, and the first ionic liquid of Formula 5 and the second ionic liquid of Formula 9 are 6 Mix at a weight ratio of about 4.
  • Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) of 1.03 mol / L after mixing at a weight ratio of at least one polymerizable monomer, a polymerizable oligomer and a polymer, an ionic liquid, and a photoinitiator of formula 4 at 9: 90: 1 was added.
  • at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer, and the polymer is a urethane acrylic oligomer and an acrylic monomer mixed in a weight ratio of 1: 1, and the first ionic liquid of Formula 5 and the second ionic liquid of Formula 9 are 7 Mix at a weight ratio of 3: 3.
  • Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI) of 1.03 mol / L after mixing at a weight ratio of at least one polymerizable monomer, a polymerizable oligomer and a polymer, an ionic liquid, and a photoinitiator of formula 4 at 9: 90: 1 was added.
  • at least one of the polymerizable monomer, the polymerizable oligomer, and the polymer is a urethane acrylic oligomer and an acrylic monomer mixed in a weight ratio of 1: 1, and only the first ionic liquid of Chemical Formula 5 was used.
  • Table 1 shows the results of measuring the transmittance and time at the time of coloration and decolorization after driving 10 cycles
  • Table 2 shows the results of the measurement of the transmittance and time at the time of coloring and decolorization after driving 2,000 cycles.
  • 4 is a photograph of the electrolyte layer of Example 3 after repeated driving
  • FIG. 5 is a photograph of the electrolyte layer of Comparative Example 1 after repeated driving.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 coloring Transmittance (%) 41 40 39 40 40 41 Time (sec) 15 13 10 9 10 17 decolorization Transmittance (%) 81 81 81 82 82 81 Time (sec) 13 12 9 9 9 15 Discoloration range ( ⁇ T%) 40 41 42 42 42 41 Average discoloration time (sec) 14 12.5 9.5 9 9.5 16
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative Example 1 Comparative Example 2 Comparative Example 3 coloring Transmittance (%) 48 44 41 Impossible to drive (1,900 cycles) Impossible to drive (1,500 cycles) Impossible to drive (690 cycles) Time (sec) 30 24 20 decolorization Transmittance (%) 75 74 75 Time (sec) 24 21 18 Discoloration range (T%) 27 30 34 Average discoloration time (sec) 27 22.5 19
  • Example 3 when the first ionic liquid and the second ionic liquid are included in a weight ratio of 6: 4, that is, based on 10 parts by weight of the first ionic liquid, When the ionic liquid is included in an amount of 5 to 8 parts by weight, it can be seen that the discoloration range is larger and the average discoloration time is shorter than that of Examples 1 to 2.
  • the components of the first ionic liquid and the second ionic liquid included in the electrolyte layer of the electrochromic device according to an embodiment of the present invention can be analyzed by IR analysis (InfraRed spectroscopy) or NMR (Nuclear Magnetic Resonance) analysis, The content can be analyzed through TGA analysis (thermogravimetric analysis).
  • the bonding force is low, and thus an air layer is formed at the interface between the layers. May exist.
  • the first electrode part 110 and the first color change material layer 120 or the second color change material layer 140 and the second electrode part 150 have different polarities, the bonding force is low, and thus the layer There may be an air layer at the interface.
  • the air layer present at the interface between the layers serves to lower the ionic conductivity of the electrochromic device, thereby reducing the discoloration speed, which is one of the important performances of the electrochromic device.
  • a buffer layer is added to the interface between the layers to increase the bonding force between the layers.
  • 6 to 10 are cross-sectional views of a part of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • a first buffer layer 600 is disposed between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130.
  • the second buffer layer 602 is disposed between the second color change material layers 140, but is not limited thereto. Only one of the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 may be disposed. have.
  • the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 are formed at the interface between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130 and at the interface between the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140, respectively. Adhesion and adhesion can be increased.
  • the first buffer layer 600 includes a first color change material included in the first color change material layer 120 and an electrolyte included in the electrolyte layer 130
  • the second buffer layer 602. Includes a second color change material included in the second color change material layer 140 and an electrolyte included in the electrolyte layer 130. Accordingly, each of the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 has a polarity between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130, and the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140, respectively. By reducing the difference, it is possible to prevent the air gap at the interface, and to increase the bonding strength and adhesion.
  • the electrolyte included in the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 is 0.01 to 5wt%, preferably 0.05 to 4wt%, more preferably of the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602. May be included in 1 to 3wt%.
  • the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 is the first color change material layer 120 and the electrolyte layer ( The interface between the 130 and the interface between the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140 may not play a role of increasing adhesion and adhesion.
  • the distance between the discoloration materials in the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 is increased to increase the ion conductivity. The effect may be diminished.
  • the first buffer layer 600 is disposed between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130.
  • the second buffer layer 602 is disposed between the second color change material layers 140, but is not limited thereto. Only one of the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 may be disposed. have.
  • the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 are formed at the interface between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130 and at the interface between the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140, respectively. Adhesion and adhesion can be increased.
  • the first buffer layer 600 includes a first color change material and a conductive polymer included in the first color change material layer 120
  • the second buffer layer 602 includes a second color change material layer ( The second color change material and the conductive polymer included in the 140). Accordingly, each of the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 has a polarity difference between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130, and the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140. By reducing the gap, it is possible to prevent the air gap at the interface, and to increase the bonding strength and adhesion.
  • the conductive polymer is CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate), PEDOT-PANI (poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polyaniline), EDOT (Ethylenedioxythiophene), CNT (Carbon) Nano Tube), polyvinylidene fluoride (PVDF), PEDOT: PPy, and SBR resins.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polyaniline
  • EDOT Ethylenedioxythiophene
  • CNT Carbon
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the conductive polymer may be selected from the group consisting of CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) and PEDOT-PANI.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI may be an interface or electrolyte layer 130 between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130.
  • At least one of carboxymethyl cellulose (CMC), poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT-PSS), and PEDOT-PANI have higher electrical conductivity than other conductive polymers, thereby facilitating electron transfer between discoloring materials. As a result, the ion conductivity is increased, resulting in a higher discoloration rate.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI are more easily dispersed than other conductive polymers. The surface can be coated. As a result, an effect of increasing ion conductivity and discoloration speed can be obtained.
  • the conductive polymer included in the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 for example, CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) and PEDOT-PANI
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI At least one of the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 may be included in 0.01 to 5wt%, preferably 0.05 to 4wt%, more preferably 1 to 3wt%.
  • the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 may include the first color change material layer 120 and the electrolyte layer.
  • the interface between the 130 and the interface between the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140 may not play a role of increasing the bonding force and adhesive force.
  • the conductive polymer is included in an amount greater than 5 wt% of the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602, the distance between the discoloration materials in the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 is increased to increase the ion conductivity. Height can be less effective.
  • the thickness of the first buffer layer 600 is 0.01 to 20%, preferably 0.01 to 10%, more preferably 0.01 to 5% of the thickness of the first color change material layer 120. Can be.
  • the thickness of the second buffer layer 602 may be 0.01 to 20%, preferably 0.01 to 10%, and more preferably 0.01 to 5% of the thickness of the second color change material layer 140.
  • the first buffer layer 600 or the thickness of the second buffer layer 602 is less than 0.01% of the thickness of the first color change material layer 120 or the thickness of the second color change material layer 140, the role of the buffer layer It becomes difficult to do That is, the first buffer layer 600 or the second buffer layer 602 may be formed at the interface between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130 and at the interface between the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140. It is difficult to play a role of increasing the bonding strength and adhesion of the, and thus there is a problem that it is difficult to obtain the effect of increasing the ion conductivity and color change speed.
  • the thickness of the first buffer layer 600 or the thickness of the second buffer layer 602 exceeds 20% of the thickness of the first color change material layer 120 or the thickness of the second color change material layer 140, ions must move. The distance is increased, rather the color change rate may be lowered.
  • a third buffer layer 604 is disposed between the first electrode unit 110 and the first color change material layer 120, and referring to FIG. 8B, the second color change material.
  • the fourth buffer layer 606 is disposed between the layer 140 and the second electrode unit 150 as an example, the present invention is not limited thereto.
  • the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may be used. Only one may be placed.
  • the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 are interfaces between the first electrode unit 110 and the first color change material layer 120, and the second color change material layer 140 and the second electrode part 150, respectively. Adhesion and adhesive force at the interface between the liver can be increased.
  • the third buffer layer 604 includes a first color change material included in the first color change material layer 120 and a transparent conductive material included in the first electrode part 110.
  • the buffer layer 606 may include a second color change material included in the second color change material layer 140 and a transparent conductive material included in the second electrode unit 150.
  • each of the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may include the first electrode part 110, the first color change material layer 120, the second color change material layer 140, and the second electrode part 150.
  • the transparent conductive material included in the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606 is 0.01 to 5wt%, preferably 0.05 to 4wt%, more preferably, of the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606. Preferably it may be included in 1 to 3wt%.
  • the transparent conductive material is included in less than 0.01 wt% of the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606, the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606 may be formed of the first electrode part 110 and the first electrode part.
  • the interface between the color change material layer 120 and the interface between the second color change material layer 140 and the second electrode unit 150 may not play a role of increasing adhesion.
  • the transparent conductive material When the transparent conductive material is included in an amount greater than 5 wt% of the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606, the distance between the discoloration materials in the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606 increases and thus the ion conductivity. Increasing the effect may decrease.
  • a third buffer layer 604 is disposed between the first electrode part 110 and the first color change material layer 120, and the second color change material layer 140 and the second electrode part are disposed.
  • the fourth buffer layer 606 is disposed as an example between 150, the present invention is not limited thereto, and only one of the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may be disposed.
  • the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 are interfaces between the first electrode unit 110 and the first color change material layer 120, and the second color change material layer 140 and the second electrode part 150, respectively. Adhesion and adhesive force at the interface between the liver can be increased.
  • the third buffer layer 604 includes the first color change material included in the first color change material layer 120 and the conductive polymer included in the first electrode part 110
  • the fourth buffer layer. 606 includes a second color change material included in the second color change material layer 140 and a conductive polymer included in the second electrode unit 150.
  • each of the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may include the first electrode part 110, the first color change material layer 120, the second color change material layer 140, and the second electrode part 150.
  • the conductive polymer may be selected from the group consisting of CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate), and PEDOT-PANI.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI may include an interface between the first electrode unit 110 and the first color change material layer 120 and a second layer. It serves to connect the interface between the color change material layer 140 and the second electrode unit 150, and ion mobilization between the color change materials dispersed in the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI facilitate the transfer of electrons between discoloring materials, thereby increasing the ionic conductivity. As a result, the discoloration speed becomes high.
  • the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 for example, CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) and PEDOT-PANI
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI At least one of the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may be included in 0.01 to 5wt%, preferably 0.05 to 4wt%, more preferably 1 to 3wt%.
  • the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may have the first electrode part 110 and the first discoloration.
  • the interface between the material layer 120 and the interface between the second color fading material layer 140 and the second electrode unit 150 may not play a role of increasing adhesion and adhesion.
  • the conductive polymer is included in an amount of more than 5 wt% of the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606, the distance between the discoloration materials in the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 increases and thus the ion conductivity is increased. Height can be less effective.
  • the thickness of the third buffer layer 604 is 0.01 to 20%, preferably 0.01 to 10%, more preferably 0.01 to 5% of the thickness of the first color change material layer 120. Can be.
  • the thickness of the fourth buffer layer 606 may be 0.01 to 20%, preferably 0.01 to 10%, more preferably 0.01 to 5% of the thickness of the second color change material layer 140. If the thickness of the third buffer layer 604 or the thickness of the fourth buffer layer 606 is less than 0.01% of the thickness of the first color fading material layer 150 or the thickness of the second color fading material layer 160, it serves as a buffer layer.
  • the third buffer layer 604 or the fourth buffer layer 606 may have an interface between the first electrode part 110 and the first color change material layer 120 and the second color change material layer 140 and the second electrode part 150. It is difficult to play a role of increasing the bonding strength and adhesion at the interface between the), and thus there is a problem that it is difficult to obtain the effect of increasing the ion conductivity and color change speed. If the thickness of the third buffer layer 604 or the thickness of the fourth buffer layer 606 exceeds 20% of the thickness of the first color change material layer 120 or the thickness of the second color change material layer 140, the ions must move. The distance is increased, rather the color change rate may be lowered.
  • a first buffer layer 600 is disposed between the first color change material layer 120 and the electrolyte layer 130, and a second between the electrolyte layer 130 and the second color change material layer 140.
  • the buffer layer 602 is described as an example, the present invention is not limited thereto, and only one of the first buffer layer 600 and the second buffer layer 602 may be disposed.
  • a third buffer layer 604 is disposed between the first electrode part 110 and the first color change material layer 120, and a fourth between the second color change material layer 140 and the second electrode part 150.
  • the buffer layer 606 is described as an example, the present invention is not limited thereto, and only one of the third buffer layer 604 and the fourth buffer layer 606 may be disposed. The same contents as those described with reference to FIGS. 6 to 9 will be omitted.
  • the first color change material layer 120 and the second color change material layer 140 include a color change material 10 dispersed in a solvent such as water, ethanol, butanol, methanol, and the like.
  • the color change material layer is intended to further include a conductive polymer that can increase the mobility of ions between the color change material.
  • FIG. 11 illustrates a color change material layer according to an embodiment of the present invention.
  • the first color change material layer 120 and the second color change material layer 140 both include conductive polymers 20, but are not limited thereto, and the first color change material layer ( Only one of 120 and the second color change material layer 140 may include a conductive polymer.
  • the conductive polymer is CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate), PEDOT-PANI (poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polyaniline), EDOT (Ethylenedioxythiophene), CNT (Carbon) Nano Tube), polyvinylidene fluoride (PVDF), PEDOT: PPy, and SBR resins.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) polyaniline
  • EDOT Ethylenedioxythiophene
  • CNT Carbon
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the conductive polymer may be selected from the group consisting of CMC (carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) and PEDOT-PANI.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI PEDOT-PANI
  • the conductive polymer may serve as a matrix for ion mobilization between the color change materials dispersed in the first color change material layer 120 and the second color change material layer 140.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI have higher electrical conductivity than other conductive polymers. This facilitates the movement, thereby increasing the ion conductivity and consequently the discoloration speed.
  • CMC carboxymethyl cellulose
  • PEDOT-PSS poly (3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate
  • PEDOT-PANI polystyrene sulfonate
  • the surface of the color change material may be coated. As a result, an effect of increasing ion conductivity and discoloration speed can be obtained.
  • the discoloration material dispersed in the first discoloration material layer 120 or the second discoloration material layer 140 serves not only to discolor but also to store ions.
  • the conductive polymer is further included in the first color change material layer 120 or the second color change material layer 140, the ion storage capacity according to the conductive polymer is additionally provided to store more ions and buffer the ions. It is possible to provide. Thereby, it is possible to improve the discoloration speed.
  • the conductive polymer included in the first color change material layer 120 or the second color change material layer 140 may also serve as a binder. Accordingly, the bonding force and the adhesive force at the interface between the first color change material layer 120 and the first electrode unit 110 or the electrolyte layer 130 are increased, and the second color change material layer 140 and the electrolyte layer 130 or The bonding force and the adhesive force at the interface between the second electrode parts 150 may be increased. Increasing the bonding force and the adhesive force at the interface between the layers, it is possible to prevent the air gap at the interface, it is possible to improve the ion conductivity and discoloration rate.
  • Table 12 is a graph comparing the performance of the electrochromic devices according to Comparative Examples 11 and 11, and Table 3 is a table showing the performance of the electrochromic devices according to Comparative Examples 11 and 11.
  • the sample according to Comparative Example 11 includes WO 3 as the cathode-side discoloring material and Prussian blue as the anode-side discoloring material, and the sample according to Example 11 is WO 3 as the cathode-side discoloring material and the Prussian blue as the anode-side discoloring material 95 wt% of CMC, and 5 wt% of CMC as a conductive polymer.
  • the electrochromic device and the electrochromic device according to the embodiment of the present invention may be variously applied to a vehicle mirror, a building window, a display device, an ESL device, and the like.
  • the electrochromic device can be applied to a variety of applications, it may be applied to a display that requires discoloration of the specific portion, such as ESL (electro shelf label).
  • ESL electro shelf label
  • FIG. 13 is a plan view illustrating an example in which an electrochromic device according to an embodiment of the present invention is applied to an ESL
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a part of FIG. 13.
  • the electrochromic device 100 may be divided into an electrode region A1 and a dummy electrode region A2 by the electrode spacer G.
  • the electrode region A1 may be an area displayed by letters, numbers, or pictures, and the dummy electrode area A2 may be an area displayed by a background.
  • the electrode area A1 is an area for displaying information, and may be mixed with the conversion area, the display area, and the like, and the dummy electrode area A2 may be mixed with the background area.
  • the electrode region A1 includes a plurality of divided regions A1-1, A1-2, ..., A1-n, and a plurality of divided regions A1-1, A1-2, ..., A1-n. n) are spaced apart from each other and can be driven independently. According to the decoloring and coloring combination of the plurality of divided regions A1-1, A1-2, ..., A1-n, the electrode region A1 may expose various information. To this end, the plurality of divided regions A1-1, A1-2, ..., A1-n may be disposed around the dummy electrode region A2.
  • the dummy electrode region A2 is surrounded by the plurality of division regions A1-1, A1-2, ..., A1-n, or the plurality of division regions A1-1, A1-2,... , A1-n may be surrounded by the dummy electrode region A2. Accordingly, the information displayed by the plurality of divided regions A1-1, A1-2, ..., A1-n can be clearly displayed by the background of the dummy electrode region A2.
  • each region may extend to a wiring region W that is narrower than each region, and may be connected to the pad electrode 30 through the wiring region W.
  • the pad electrode 30 may be connected to the pad electrode 30 through the wiring part. Accordingly, the plurality of divided regions A1-1, A1-2, ..., A1-n may be mixed with the plurality of electrode regions A1-1, A1-2, ..., A1-n. have.
  • the width of the wiring area W extending from each divided area may be 1/3 to 1/8 of the width of each divided area. If the width of the wiring area W is smaller than 1/8 times the width of each divided area, the bus electrodes in the wiring area may be cut off, and if the width of the wiring area W is larger than 1/3, the wiring area may be exposed when the divided area is colored. .
  • the width of the wiring region w may be 0.2 times or more, 2 times or less, 0.4 times or more, 1.5 times or less, 0.5 times or more, and 1.2 times or less of the mesh opening width of the bus electrode.
  • the bus electrodes are short-circuited with each other in the wiring area W, and thus the bus electrodes cannot play a role.
  • the wiring area may be exposed during coloring.
  • A1 is an electrode portion, and a wiring region connecting A1 and the pad electrode 30 may be called a wiring portion.
  • each region may be discolored independently of each other.
  • the discoloration reaction occurs only in the electrode region A1 and the discoloration reaction does not occur in the dummy electrode region A2, or the discoloration reaction of the electrode region A1 and the dummy electrode region A2 occurs independently.
  • the discoloration reaction of the plurality of divided regions A1-1, A1-2,..., A1-n constituting the electrode region A1 may be independently performed.
  • the dummy electrode region A2 may be an electrode region. Accordingly, the electrode spacer G may be formed between the plurality of electrode regions A1 and A2.
  • the line width of the electrode gap (groove, G) may be variously implemented according to the width or pitch of the mesh opening of the bus electrode.
  • the line width of the electrode spaced portion G may be 0.1 times or more of the mesh opening width of the bus electrode, and may be 150 ⁇ m or less, preferably 0.2 times or more and 120 ⁇ m or less, and more preferably 0.2 times or more and 90 ⁇ m or less.
  • the line width of the electrode spacer G is less than 0.1 times the width of the mesh opening of the bus electrode, the electrode region A1 and the dummy electrode region A2 may not be electrically shorted, and the line width of the electrode spacer G is 150. If it exceeds the ⁇ ⁇ , it may be difficult to process the precise electrode region A1.
  • the line width of the electrode spaced portion (G) may vary according to the laser processing ability.
  • the pad electrode 30 may be disposed at one end of the first electrode unit 110, and the pad electrode 30 may be disposed to contact the first electrode unit 110.
  • FIG 15 shows an electrochromic device including an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrochromic device 1500 includes a case 1510, a circuit board 1520 disposed in the case 1510, an electrochromic device 100 connected through a circuit board 1520 and a connector 1530. It may include.
  • the electrochromic device 100 is mounted in the case 1510 together with the circuit board 1520 as shown in FIG. 15A, or electrochromic with the connector 1530 and the connector 1530 as shown in FIG. 15B. Some areas of the device 100 may be mounted in the case 1530, and the remaining areas of the electrochromic device 100 may be exposed to the outside of the case 1510.
  • the connector 1530 may be a flexible printed circuit board (FPCB) or a flexible flat cable (FFC), but is not limited thereto.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • FFC flexible flat cable
  • the electrochromic device as shown in FIG. 15 (a) may be attached to a shelf, and the electrochromic device as shown in FIG. 15 (b) may be suspended or suspended from a ceiling.
  • a flexible electrochromic device in the electrochromic device as shown in Figure 15 (b) can realize the effect such as paper (Paper), it can cause a familiarity from consumers.
  • the electrochromic device may be applied to an electronic shelf label, and the electronic shelf label displays information such as price information, store symbols, promotional images, barcodes, product names, product images, origins, etc. at a mart. It can be used in various ways as a means. Alternatively, the present invention may be variously used as a means for displaying information such as product name and quantity in a distribution center.
  • FIG. 16 is a view illustrating an electronic shelf label system to which an electrochromic device is applied according to an embodiment of the present invention.
  • the server 3100 is a place where information on goods is stored, and the server 3100 may form a communication channel with the electronic shelf label 1500 via the gateway 3200 and the transmitter 3300.
  • the server 3100, the gateway 3200, and the transmitter 3300 may be connected to a wired network such as Ethernet or a wireless network such as Wi-Fi.
  • the transmitter 3300 and the electronic shelf label 1500 may be connected to a wireless network such as Wi-Fi, Bluetooth, or RF.
  • the transmitter 3300 may receive product information from the server 3100, transmit the product information to the electronic shelf label 1500, and transmit power to the electronic shelf label 1500 according to an operation mode.
  • the electronic shelf label 1500 may include a controller, a communication module, a storage unit, and a display unit.
  • the electronic shelf label 1500 may include a battery therein.
  • the electronic shelf label 1500 may be wirelessly charged with a wireless power charging module.
  • the control unit controls the communication module to perform communication, and may display the product information received by the communication module on the display unit.
  • the power may be received to convert a signal into a DC voltage, and may supply a voltage to the wireless power charging module.
  • the storage unit stores data displayed on the display unit.
  • the communication module may receive product information from the transmitter or may receive power from the transmitter.
  • the display unit displays the product information received from the control unit.
  • the display unit may be an electrochromic device.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층, 상기 제1 변색물질층 위에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층, 상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 그리고 상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판을 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명 기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극이며, 상기 전해질층은 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 상기 제1 이온성 액체와 이종인 제2 이온성 액체를 포함한다.

Description

전기변색소자
본 발명은 전기변색소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기변색소자에 포함되는 전해질층에 관한 것이다.
전기변색(Electrochromism)이란 전압을 인가하면 전계방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상으로서, 이러한 특성을 지닌 전기화학적 산화환원반응에 의해서 재료의 광특성이 가역적으로 변할 수 있는 물질을 전기변색물질이라고 한다. 이러한 전기변색물질은 외부에서 전기적 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠지 않고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색이 소멸하는 특성을 가진다.
전기변색소자는 전기화학적 산화환원반응에 의하여 전기변색물질의 광투과도가 변하는 현상을 이용한 소자로서, ESL(electro shelf label) 등과 같이 특정부의 변색이 필요한 디스플레이, 대형 포스터 또는 안내판 등의 게시용 장치, 스마트 윈도우, 건축용 창유리, 자동차 미러, 플렉서블 디스플레이, 차량용 썬루프, 스포츠 안경 등의 광투과도 또는 반사도를 조절하는 용도로 이용되고 있으며, 최근에는 가시광선 영역에서의 색변화뿐만 아니라 적외선 차단효과까지 있다는 것이 알려지면서 에너지 절약형 제품으로의 응용 가능성에 대해서도 큰 관심을 받고 있다.
이러한 전기변색소자의 성능은 변색속도에 따라 달라지며, 변색속도는 전해질에 의하여 영향을 받을 수 있다. 이에 따라, 변색속도를 개선하기 위하여, 이온성 액체를 이용하여 전해질을 형성하고자 하는 시도가 있다. 이온성 액체란 액체 상태에 있는 염을 의미하며, 양이온과 음이온이 서로의 전하를 0으로 만들어 전기적으로 중성인 특성을 가진다. 이온성 액체는 낮은 증기압, 비가연성, 전기화학적 안정성 및 상온에서의 높은 이온전도도를 가지므로, 전해질의 재료로 주목 받고 있다.
이온성 액체를 전해질의 재료로 단독으로 사용할 경우, 전해질의 누액으로 인하여, 필름 형태의 가공 및 변색 소자의 박막화에 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 이온성 액체를 고분자와 혼합한 후 UV 또는 열을 이용하여 경화시킬 수 있으나, 이러한 경우에도 반복 구동 후 전해질층이 투명전극을 향하여 전사되는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기변색소자의 전해질층을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층, 상기 제1 변색물질층 위에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층, 상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 그리고 상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판을 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명 기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극이며, 상기 전해질층은 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 상기 제1 이온성 액체와 이종인 제2 이온성 액체를 포함하고, 상기 제1 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하지 않은 이온성 액체이고, 상기 제2 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능한 이온성 액체이다.
상기 제2 이온성 액체는 양이온이 탄소 이중 결합 또는 탄소 삼중 결합을 포함하는 이온성 액체일 수 있다.
상기 제2 이온성 액체는 양이온이 비닐기 또는 아크릴레이트기를 포함하는 이온성 액체일 수 있다.
상기 제2 이온성 액체는 상기 양이온이 이미다졸륨 또는 암모늄 중 적어도 하나를 더 포함하는 이온성 액체일 수 있다.
상기 제2 이온성 액체는 상기 양이온이 1-메틸-3-비닐이미다졸륨(1-metyl-3-vinylimidazolium) 또는 [3-(메타크로아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄([(3-methacryloylamino)propyl]trimethylammonium)을 포함할 수 있다.
상기 제1 이온성 액체는 양이온이 암모늄(ammonium), 이미다졸륨(imidazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 피페리디늄(piperidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리디늄(pyridinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피롤리늄(pyrrolinium), 피롤륨(pyrrolium) 및 티아졸륨(thiazolium), 트리아졸륨(triazolium) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여 제2 이온성 액체는 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.
상기 전해질층은 리튬염을 더 포함할 수 있다.
상기 전해질층은 광개시제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색장치는 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층, 상기 제1 변색물질층 위에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층, 상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 그리고 상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판을 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명 기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극이며, 상기 전해질층은 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 상기 제1 이온성 액체와 이종인 제2 이온성 액체를 포함하고, 상기 제1 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하지 않은 이온성 액체이고, 상기 제2 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능한 이온성 액체인 전기변색소자, 상기 제1 전극에 연결되고, 제1 극성을 가지는 제1 단자부, 그리고 상기 제2 전극에 연결되고, 제2 극성을 가지는 제2 단자부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변색속도가 높은 전기변색소자를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 변색속도가 높고, 누액 염려가 없어 필름 형태 및 박막 형태의 가공이 가능하면서도, 투명전극을 향하여 전사 또는 확산되지 않는 전해질층을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 투명전극과 변색물질층 또는 변색물질층과 전해질층 간의 결합력을 높일 수 있고, 이에 따라 이온전도도 및 변색속도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 변색물질층 내 이온전도도를 높이며, 이에 따라 변색속도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 4는 반복 구동 후 실시예 3의 전해질층을 찍은 사진이다.
도 5는 반복 구동 후 비교예 1의 전해질층을 찍은 사진이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 일부의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 변색물질층을 나타낸다.
도 12는 비교예 11 및 실시예 11에 따른 전기변색소자의 성능을 비교하는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자가 ESL에 적용된 예를 설명하기 위한 평면도이며, 도 14는 도 13의 일부의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자를 포함하는 전기변색장치를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색장치가 적용된 전자선반라벨 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기변색소자(100)는 제1 전극부(110), 제1 전극부(110) 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층(120), 제1 변색물질층(120) 위에 배치되는 전해질층(130), 전해질층(130) 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층(140), 제2 변색물질층(140) 위에 배치되는 제2 전극부(150)를 포함한다. 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(150)는 각각 극성이 상이한 제1 단자부(160) 및 제2 단자부(170)에 연결되며, 제1 단자부(160) 및 제2 단자부(170)로부터 전원을 공급 받는다. 제1 변색물질층(120), 제2 변색물질층(140) 및 전해질층(130)의 측면에는 실링부(180)가 더 배치될 수 있다.
이때, 제1 전극부(110)는 제1 투명기판(112) 및 제1 투명전극(114)을 포함하고, 제2 전극부(150)는 제2 투명기판(152) 및 제2 투명전극(154)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 투명기판(112) 및 제2 투명기판(152)은 투과도(T%)가 98%이상인 투명 기판이며, 유리, 플라스틱 또는 연성의 고분자 필름일 수 있다. 예를 들어, 연성의 고분자 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate, PEN), 폴리에테르술폰(Polyether Sulfone, PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic Olefin Copolymer, COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene, PS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이는 하나의 예시일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 제1 변색물질층(120), 전해질층(130) 및 제2 변색물질층(140)은 전압을 가하면 색상이 변하는 전기변색 원리를 이용하여 외부로부터의 전압 인가에 의해 가역적으로 색이 변하거나 투과율이 변하는 소자를 포함한다. 제1 변색물질층(120), 전해질층(130) 및 제2 변색물질층(140)의 총 두께는 10 내지 500㎛, 바람직하게는 20 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 200㎛일 수 있다. 제1 변색물질층(120), 전해질층(130) 및 제2 변색물질층(140)의 총 두께가 10㎛ 미만인 경우, 제1 투명전극(114) 및 제2 투명전극(154) 간의 맞닿음으로 인해 합선이 될 가능성이 있고, 제1 변색물질층(120), 전해질층(130) 및 제2 변색물질층(140)의 총 두께가 500㎛를 초과하는 경우, 전기전도도가 감소하여 반응 속도가 느려질 수 있다.
제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140)은 변색 또는 소색 성능이 우수하고, 응답속도가 우수하며, 내구성을 유지할 수 있고, 메모리 효과가 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 변색물질층(120)은 산화반응을 하는 산화 변색층이고, 제2 변색물질층(140)은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있다. 또는, 제1 변색물질층(120)은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있고, 제2 변색물질층(140)은 산화반응을 하는 산화 변색층일 수 있다.
제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140)은 유기계 변색물질 및 무기계 변색물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색특성을 갖는 물질을 의미하며, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라 가역적으로 전기변색물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다. 유기계 변색물질은, 예를 들어 비올로겐, 안트라퀴논, 폴리피롤 및 폴리싸이오펜, 폴리안트라센, 폴리플루오렌, 폴리카바졸, 폴리페닐비닐렌 및 이들의 유도체로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으며, 무기계 변색물질은, 예를 들어 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐, 몰리브덴, 망간, 티타튬, 세륨 및 니오븀의 산화물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 또는, 변색물질은 프루시안 블루(Prussian blue, PB), 프루시안 블루 아날로그(PB analog, PBA)일 수도 있다. WO3는 환원 변색층에 포함되는 변색물질이고, PB는 산화 변색층에 포함되는 변색물질일 수 있다.
그리고, 제1 투명전극(114) 및 제2 투명전극(154) 각각은 광의 투과를 방해하지 않으면서 전기가 흐를 수 있는 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다. 투명 전도성 재료는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IZO(Indiun Zinc Oxide), 구리 산화물(tin oxide), 아연 산화물(zinc oxide), 티타늄 산화물(titanium oxide) 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 투명 전도성 재료는, 나노와이어, 감광성 나노와이어 필름, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene) 또는 이들의 혼합물과 같은 나노 파우더 합성체를 포함할 수도 있다. 여기서, 나노 파우더의 함량 제어를 통해 전기전도도를 확보하면서, 색 및 반사율 제어가 가능하다. 또는, 투명 전도성 재료는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 제1 투명전극(114) 및 제2 투명전극(154) 각각은 필름 형상일 수 있으며, 빛에 대한 투과율이 80% 이상일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다. 도 1과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 전기변색소자(100)는 제1 전극부(110), 제1 전극부(110) 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층(120), 제1 변색물질층(120) 위에 배치되는 전해질층(130), 전해질층(130) 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층(140), 제2 변색물질층(140) 위에 배치되는 제2 전극부(150)를 포함한다. 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(150)는 각각 극성이 상이한 제1 단자부(160) 및 제2 단자부(170)에 연결되며, 제1 단자부(160) 및 제2 단자부(170)로부터 전원을 공급 받는다. 제1 변색물질층(120), 제2 변색물질층(140) 및 전해질층(130)의 측면에는 실링부(180)가 더 배치될 수 있다.
이때, 제1 전극부(110)는 제1 투명기판(112) 및 제1 투명전극(114)을 포함하고, 제2 전극부(150)는 제2 투명기판(152) 및 제2 투명전극(154)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극층(110)의 하부에 소정 색상을 가진 기판(200)이 추가로 배치될 수 있다. 여기서, 소정 색상은 흰색 계열일 수 있으며, 이에 따라 변색되는 글씨, 숫자, 그림 등을 더욱 선명하게 보이도록 할 수 있다. 또는, 소정 색상은 흰색 계열 외에 다양한 색상일 수도 있다. 기판(200)의 색상에 따라, 변색되는 글씨, 숫자, 그림 등의 색상이 미세하게 조절될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 전기변색소자가 ESL(electro shelf label) 디스플레이, 디지털 사이니지(digital signage), E-페이퍼 등에 적용될 경우, 디스플레이되는 글씨, 숫자, 그림 등의 색상이 선명하게 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다. 도 1 내지 2와 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 3을 참조하면, 전기변색소자(100)는 제1 전극부(110), 제1 전극부(110) 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층(120), 제1 변색물질층(120) 위에 배치되는 전해질층(130), 전해질층(130) 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층(140), 제2 변색물질층(140) 위에 배치되는 제2 전극부(150), 제1 전극부(110)에 연결되고, 제1 극성을 가지는 제1 단자부(160) 및 제2 전극부(150)에 연결되고, 제2 극성을 가지는 제2 단자부(170)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(150) 중 하나, 예를 들어 제2 전극부(150)는 투명 기판(152) 및 투명 전극(154)을 포함할 수 있다. 여기서, 투명 전극(154)은 투명 기판(152)의 양 면 중 전해질층(130)을 향하는 면에 배치되고, 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다.
그리고, 제1 전극부(110) 및 제2 전극부(150) 중 다른 하나, 예를 들어 제1 전극부(110)는 소정 색상의 전도성 기판을 포함한다. 여기서, 소정 색상은 흰색 계열일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 투명을 제외한 다양한 색상을 가질 수 있다. 소정 색상의 전도성 기판은 Sn, Ag, Al, Cu, Al 및 Mo 중 적어도 하나를 도금하거나, 증착하는 방법으로 형성될 수 있다. 소정 색상의 전도성 기판은 단일 층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 소정 색상은 도금 또는 증착되는 금속의 종류 및 입도 등에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이, 제1 전극부(110)가 투명을 제외한 소정 색상의 전도성 기판을 포함하는 경우, 글씨, 숫자, 그림 등으로 변색되는 영역의 색상을 더욱 선명하게 표시할 수 있을 뿐만 아니라, 10-2 내지 10-3Ω/sq의 낮은 면저항으로 인하여 고속 변색이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 전해질층(130)은 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 상기 제1 이온성 액체와 이종인 제2 이온성 액체를 포함한다. 이때, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 제2 이온성 액체 100wt%에 대하여, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 저겅도 하나는 10 내지 30wt%, 바람직하게는 10 내지 20wt%로 포함되고, 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체는 70 내지 90wt%, 바람직하게는 80 내지 90wt%로 포함될 수 있다. 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체가 이와 같은 수치 범위 미만으로 포함되면, 변색 속도가 느려질 수 있다. 그리고, 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체가 이와 같은 수치 범위를 초과하여 포함되면, 전해질층이 전극층과 분리되며, 전해질층끼리 뭉칠 수 있다.
여기서, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머는 전해질층(130) 내에서 매트릭스(matrix) 역할을 하며, 아크릴계 모노머, 아크릴계 올리고머, 아크릴계 폴리머, 아크릴레이트계 모노머, 아크릴레이트계 올리고머, 아크릴레이트계 폴리머, 카보네이트계 모노머, 카보네이트계 올리고머 및 카보네이트계 폴리머로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머는 우레탄 아크릴레이트, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 메틸스티렌, 비닐에스테르 화합물, 염화비닐, 염화비닐리덴, 아크릴아마이드, 테트라플루오로에틸렌, 비닐아세테이트, 메틸비닐케톤, 에틸렌, 스티렌, 파라메톡시스티렌, 파라시아노 스티렌, 폴리에틸렌글리콜류 아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합이 가능하다. 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머는 아래 화학식 1 내지 화학식 3에서 예시된 모노머, 올리고머 및 폴리머일 수 있다.
Figure PCTKR2018004339-appb-C000001
Figure PCTKR2018004339-appb-C000002
Figure PCTKR2018004339-appb-C000003
중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머는 UV 또는 열에 의하여 중합 가능할 수 있다. 이를 위하여, 전해질층(130)은 열 개시제인 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 등의 아조 화합물 또는 광 개시제인 Irgacure-184, Darocure 등을 더 포함할 수 있다. 열 개시제 또는 광 개시제는 전해질층(130)의 0.5 내지 1.5wt%로 포함될 수 있으며, 광 개시제의 예는 화학식 4와 같다.
Figure PCTKR2018004339-appb-C000004
한편, 이온성 액체는 액체 상태에 있는 염을 의미하며, 이온으로 만들어져 있지만 양이온과 음이온이 사로의 전하를 0으로 만들어 전기적으로는 중성인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 이온성 액체는 제2 이온성 액체와 상이한 종류의 이온성 액체이며, 제1 이온성 액체는 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하지 않은 이온성 액체이고, 제2 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능한 이온성 액체일 수 있다.
예를 들어, 제1 이온성 액체에 포함되는 양이온으로는 암모늄(ammonium), 이미다졸륨(imidazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 피페리디늄(piperidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리디늄(pyridinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피롤리디늄, (pyrrolidinium), 피롤리늄(pyrrolinium), 피롤륨(pyrrolium), 티아졸륨(thiazolium), 트리아졸륨(triazolium) 등일 수 있으며, 음이온으로는 할로겐족, BF4 -, PF6 -, 설포네이트계[(SO2R)O]-, 이미드계[(SO2R)2N]-, 메티드계[(SO2R)3C]-등일 수 있다. 여기서, R은 할로겐족, CF3, C2F5 및 기타 전자쌍을 받을 수 있는 아릴 또는 알킬치환체일 수 있다. 예를 들어, 제1 이온성 액체는 하기 화학식 5의 구조를 가지는 1-데실-3-메틸이미다졸리움 비스(트리플로로메탄설포닐)이미드(1-Decyl-3-mathylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2018004339-appb-C000005
제1 이온성 액체는 매트릭스, 즉 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하지 않으므로, 매트릭스 내에 고르게 분산될 수 있다.
이에 대하여, 제2 이온성 액체는 매트릭스, 즉 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하다. 이에 따라, 본 명세서에서 제2 이온성 액체는 반응성 이온성 액체와 혼용될 수 있다. 제2 이온성 액체가 매트릭스와 반응 가능하기 위하여, 제2 이온성 액체는 양이온이 탄소 이중 결합 또는 탄소 삼중 결합을 가지는 이온성 액체일 수 있다.
반응성 이온성 액체일 수 있다. 여기서, 반응성 이온성 액체는 양이온이 탄소 이중 결합 또는 탄소 삼중 결합을 가지는 이온성 액체일 수 있다. 탄소 이중 결합 또는 탄소 삼중 결합을 가지는 이온성 액체에 UV를 조사하면, 라디컬이 생성되며, 생성된 라디컬은 매트릭스로 첨가된 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응할 수 있다. 이와 같이 제2 이온성 액체는 매트릭스와 가교 중합될 수 있으며, 전해질층 내에서 안정적인 분산을 유지할 수 있다.
이때, 제2 이온성 액체는, 양이온이 비닐기 또는 아크릴레이트기를 포함할 수 있고, 양이온이 이미다졸륨 또는 암모늄 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 이온성 액체는 양이온이 1-메틸-3-비닐이미다졸륨(1-metyl-3-vinylimidazolium) 또는 [3-(메타크로아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄([(3-methacryloylamino)propyl]trimethylammonium)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 이온성 액체는 양이온이 화학식 6, 화학식 7 또는 화학식 8 중 하나일 수 있다.
Figure PCTKR2018004339-appb-C000006
Figure PCTKR2018004339-appb-C000007
Figure PCTKR2018004339-appb-C000008
제2 이온성 액체의 양이온이 화학식 7과 같은 경우, 제2 이온성 액체는 화학식 9의 구조를 가지는 3-[(메타크릴로일아미노)프로필]트리메틸암모늄 비스(트리플로로메탄설포닐)이미드(3-[(methacrylamino)propyl)trimethylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide]일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
Figure PCTKR2018004339-appb-C000009
이때, 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여, 제2 이온성 액체는 5 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 5 내지 8 중량부로 포함될 수 있다. 제2 이온성 액체가 이러한 수치 범위보다 많이 함유되면, 매트릭스와의 반응이 과량으로 일어나게 되어 전해질층 전체가 딱딱해질 수 있고, 이에 따라 저항이 높아져 변색속도가 저하될 수 있다. 그리고, 제2 이온성 액체가 이러한 수치 범위보다 적게 함유되면, 전해질층이 전극부를 향하여 전사되고 확산되는 현상이 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따른 전해질층(130)은 금속염을 더 포함할 수 있으며, 금속염은 리튬 이온을 포함할 수 있다. 리튬 이온은, 예를 들어 화학식 10의 형태로 포함될 수 있으며, 전체 전해질층(130)의 30wt%이하, 바람직하게는 10 내지 30wt%로 포함될 수 있다.
Figure PCTKR2018004339-appb-C000010
전해질층(130)이 리튬 이온을 포함할 경우, 이온성 액체의 낮은 증기압, 비가연성, 전기화학적 안정성 및 상온에서의 높은 이온전도도로 인하여 빠른 변색속도를 얻는 것이 가능하다.
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
전기변색소자의 제조
ITO 투명 전극 상에 바코팅(bar coating) 방식으로 200nm 두께의 WO3 박막을 형성하였으며, 다른 ITO 투명 전극 상에 동일한 방식으로 200nm 두께의 프루시안 블루 박막을 형성하였다. 100㎛ 두께의 댐(실링부)을 만들고, 댐 내에 전해질층 조성물을 코팅한 후, 자외선 노광기에서 1,100mJ/cm2로 광 조사하여 10cm*10cm의 전기변색소자를 제작하였다.
전해질층 조성물의 제조
<실시예 1>
중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 이온성 액체, 그리고 화학식 4의 광 개시제의 중량비를 9:90:1로 혼합한 후, 1.03mol/L의 LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 첨가하였다. 이때, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나는 1:1의 중량비로 혼합된 우레탄 아크릴 올리고머와 아크릴 모노머이고, 화학식 5의 제1 이온성 액체 및 화학식 9의 제2 이온성 액체를 4대6의 중량비로 혼합하였다.
<실시예 2>
중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 이온성 액체, 그리고 화학식 4의 광 개시제의 중량비를 9:90:1로 혼합한 후, 1.03mol/L의 LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 첨가하였다. 이때, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나는 1:1의 중량비로 혼합된 우레탄 아크릴 올리고머와 아크릴 모노머이고, 화학식 5의 제1 이온성 액체 및 화학식 9의 제2 이온성 액체를 5대5의 중량비로 혼합하였다.
<실시예 3>
중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 이온성 액체, 그리고 화학식 4의 광 개시제의 중량비를 9:90:1로 혼합한 후, 1.03mol/L의 LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 첨가하였다. 이때, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나는 1:1의 중량비로 혼합된 우레탄 아크릴 올리고머와 아크릴 모노머이고, 화학식 5의 제1 이온성 액체 및 화학식 9의 제2 이온성 액체를 6대4의 중량비로 혼합하였다.
<비교예 1>
중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 이온성 액체, 그리고 화학식 4의 광 개시제의 중량비를 9:90:1로 혼합한 후, 1.03mol/L의 LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 첨가하였다. 이때, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나는 1:1의 중량비로 혼합된 우레탄 아크릴 올리고머와 아크릴 모노머이고, 화학식 5의 제1 이온성 액체 및 화학식 9의 제2 이온성 액체를 7대3의 중량비로 혼합하였다.
<비교예 2>
중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 이온성 액체, 그리고 화학식 4의 광 개시제의 중량비를 9:90:1로 혼합한 후, 1.03mol/L의 LiTFSI(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)를 첨가하였다. 이때, 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나는 1:1의 중량비로 혼합된 우레탄 아크릴 올리고머와 아크릴 모노머이고, 화학식 5의 제1 이온성 액체만을 사용하였다.
<비교예 3>
프로필렌카보네이트에 1M LiClO4를 용해시켰다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 의하여 제조된 전기변색소자의 충방전 시험을 실시하였다. 1사이클은 초기 3V 전압에서 시작하여, 60sec동안 -2V 전압으로 착색과정을 거친 후 60sec동안 2V 전압으로 탈색과정을 거치는 방법으로 이루어졌다. 그리고, UV-V 스펙트로포토미터 분석장비를 이용하여 착색 및 탈색 시의 투과도(T%)를 측정하였다.
표 1은 10 사이클을 구동한 후, 착색 및 탈색 시의 투과율 및 시간을 측정한 결과를 나타내고, 표 2는 2,000 사이클을 구동한 후, 착색 및 탈색 시의 투과율 및 시간을 측정한 결과를 나타낸다. 그리고, 도 4는 반복 구동 후 실시예 3의 전해질층을 찍은 사진이고, 도 5는 반복 구동 후 비교예 1의 전해질층을 찍은 사진이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
착색 투과율(%) 41 40 39 40 40 41
시간(sec) 15 13 10 9 10 17
탈색 투과율(%) 81 81 81 82 82 81
시간(sec) 13 12 9 9 9 15
변색범위(ΔT%) 40 41 42 42 42 41
평균 변색 시간(sec) 14 12.5 9.5 9 9.5 16
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2 비교예 3
착색 투과율(%) 48 44 41 구동불가(1,900싸이클) 구동불가(1,500싸이클) 구동불가(690싸이클)
시간(sec) 30 24 20
탈색 투과율(%) 75 74 75
시간(sec) 24 21 18
변색범위(T%) 27 30 34
평균 변색 시간(sec) 27 22.5 19
표 1 내지 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 3과 같이 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체가 4:6, 5:5 및 6:4의 중량비로 포함되는 경우, 즉 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여 제2 이온성 액체 5 내지 15 중량부로 포함되는 경우에는 2000사이클 이후에도 구동 가능하지만, 이러한 수치를 벗어나는 비교예 1 내지 3에서는 구동 불가능함을 알 수 있다. 특히, 표 1 내지 표 2를 참조하면, 실시예 2 내지 3과 같이 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체가 5:5 및 6:4의 중량비로 포함되는 경우, 즉 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여 제2 이온성 액체가 5 내지 10 중량부로 포함되는 경우, 실시예 1에 비하여 변색 범위가 크게 나타나고 평균 변색 시간이 짧게 나타남을 알 수 있다.
특히, 표 1 내지 표 2를 참조하면, 실시예 3과 같이 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체가 6:4의 중량비로 포함되는 경우, 즉 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여 제2 이온성 액체가 5 내지 8 중량부로 포함되는 경우, 실시예 1 내지 2에 비하여 변색 범위가 크게 나타나고 평균 변색 시간이 짧게 나타남을 알 수 있다.
또한, 도 4 내지 5를 참조하면, 실시예 3과 같이 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체가 6:4의 중량비로 포함되는 경우, 전해질층의 이온 젤이 파괴되는 현상이 나타나지 않으나, 비교예 1과 같이 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여 제2 이온성 액체가 5 내지 15 중량부의 범위를 벗어나는 경우, 이온 젤이 파괴되어 ITO 투명 전극 측으로 전사되고 확산됨을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자의 전해질층이 포함하는 제1 이온성 액체 및 제2 이온성 액체의 성분은 IR 분석(InfraRed spectroscopy) 또는 NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 분석을 통하여 분석 가능하며, 함량은 TGA 분석(thermogravimetric analysis)을 통하여 분석 가능하다.
한편, 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 또는 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140)은 극성이 상이하므로, 결합력이 낮으며, 이에 따라 층 간의 경계면에는 공기층이 존재할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 또는 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150)는 극성이 상이하므로, 결합력이 낮으며, 이에 따라 층 간의 경계면에는 공기층이 존재할 수 있다.
층 간의 경계면에 존재하는 공기층은 전기변색소자의 이온전도도를 낮추는 역할을 하며, 이에 따라 전기변색소자의 중요한 성능 중 하나인 변색속도가 낮아질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 층 간의 경계면에 버퍼층을 추가하여, 층 간의 결합력을 높이고자 한다. 이하, 도 1 내지 도 3에서 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 일부의 단면도이다.
도 6(a)를 참조하면, 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 사이에 제1 버퍼층(600)이 배치되고, 도 6(b)를 참조하면, 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 사이에 제2 버퍼층(602)이 배치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602) 중 하나만 배치될 수도 있다.
제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602)은 각각 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 간의 경계면 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 버퍼층(600)은 제1 변색물질층(120)에 포함되는 제1 변색물질 및 전해질층(130)에 포함되는 전해질을 포함하고, 제2 버퍼층(602)은 제2 변색물질층(140)에 포함되는 제2 변색물질 및 전해질층(130)에 포함되는 전해질을 포함한다. 이에 따라, 제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602) 각각은 각각 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 극성 차를 줄여 주어, 경계면에서의 에어 갭을 방지하고, 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
이때, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)에 포함되는 전해질은 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)의 0.01 내지 5wt%, 바람직하게는 0.05 내지 4wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3wt%로 포함될 수 있다. 전해질이 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)의 0.01wt% 미만으로 포함되면, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)은 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 간의 경계면 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이는 역할을 할 수 없다. 그리고, 전해질이 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)의 5wt%를 초과하여 포함되면, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602) 내 변색물질 간의 거리가 멀어져 이온전도도를 높이는 효과가 떨어질 수 있다.
도 7(a)를 참조하면, 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 사이에 제1 버퍼층(600)이 배치되고, 도 7(b)를 참조하면, 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 사이에 제2 버퍼층(602)이 배치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602) 중 하나만 배치될 수도 있다.
제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602)은 각각 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 간의 경계면 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 버퍼층(600)은 제1 변색물질층(120)에 포함되는 제1 변색물질 및 전도성 고분자를 포함하고, 제2 버퍼층(602)은 제2 변색물질층(140)에 포함되는 제2 변색물질 및 전도성 고분자를 포함한다. 이에 따라, 제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602) 각각은 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 극성 차를 줄여 주어, 경계면에서의 에어 갭을 방지하고, 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
여기서, 전도성 고분자는 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate), PEDOT-PANI(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polyaniline), EDOT(Ethylenedioxythiophene), CNT(Carbon Nano Tube), PVDF(polyvinylidene fluoride), PEDOT:PPy, SBR 수지로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 전도성 고분자는 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 간의 경계면 또는 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 경계면을 연결하는 역할을 함과 동시에, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)에 분산된 변색물질 간의 이온 이동(ion mobilization)을 위한 매트릭스 역할을 할 수도 있다. 특히, CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 다른 전도성 고분자에 비하여 전기전도도가 높으므로, 변색물질 간 전자의 이동을 용이하게 하며, 이에 따라 이온전도도가 증가하게 되고, 결과적으로 변색속도가 높아지게 된다. 또한, 전도성 고분자 중 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 다른 전도성 고분자에 비하여 분산이 잘 이루어지므로, 버퍼층 내 변색물질의 표면을 코팅할 수 있다. 이에 따라, 이온전도도 및 변색속도가 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)에 포함되는 전도성 고분자, 예를 들어 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)의 0.01 내지 5wt%, 바람직하게는 0.05 내지 4wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3wt%로 포함될 수 있다. 전도성 고분자가 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)의 0.01wt% 미만으로 포함되면, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)은 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 간의 경계면 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이는 역할을 할 수 없다. 그리고, 전도성 고분자가 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)의 5wt%를 초과하여 포함되면, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602) 내 변색물질 간의 거리가 멀어져 이온전도도를 높이는 효과가 떨어질 수 있다.
도 6 내지 7의 실시예에서, 제1 버퍼층(600)의 두께는 제1 변색물질층(120)의 두께의 0.01 내지 20%, 바람직하게는 0.01 내지 10%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5%일 수 있다. 그리고, 제2 버퍼층(602)의 두께는 제2 변색물질층(140)의 두께의 0.01 내지 20%, 바람직하게는 0.01 내지 10%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5%일 수 있다. 제1 버퍼층(600)의 두께 또는 제2 버퍼층(602)의 두께가 제1 변색물질층(120)의 두께 또는 제2 변색물질층(140)의 두께의 0.01% 미만이면, 버퍼층으로의 역할을 하기가 어려워진다. 즉, 제1 버퍼층(600) 또는 제2 버퍼층(602)은 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 간의 경계면 및 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이는 역할을 하기 어려우며, 이에 따라 이온전도도 증가 및 변색속도 향상의 효과를 얻기 어려운 문제가 있다. 제1 버퍼층(600)의 두께 또는 제2 버퍼층(602)의 두께가 제1 변색물질층(120)의 두께 또는 제2 변색물질층(140)의 두께의 20%를 초과하면, 이온이 이동해야 하는 거리가 커지게 되어, 오히려 변색속도가 저하될 수 있다.
도 8(a)를 참보하면, 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 사이에 제3 버퍼층(604)이 배치되고, 도 8(b)를 참조하면, 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 사이에 제4 버퍼층(606)이 배치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606) 중 하나만 배치될 수도 있다.
제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)은 각각 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 간의 경계면 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 버퍼층(604)은 제1 변색물질층(120)에 포함되는 제1 변색물질 및 제1 전극부(110)에 포함되는 투명 전도성 재료를 포함하고, 제4 버퍼층(606)은 제2 변색물질층(140)에 포함되는 제2 변색물질 및 제2 전극부(150)에 포함되는 투명 전도성 재료를 포함한다. 이에 따라, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606) 각각은 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 극성 차를 줄여 주어, 경계면에서의 에어 갭을 방지하고, 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
이때, 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606)에 포함되는 투명 전도성 재료는 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606)의 0.01 내지 5wt%, 바람직하게는 0.05 내지 4wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3wt%로 포함될 수 있다. 투명 전도성 재료가 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606)의 0.01wt% 미만으로 포함되면, 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606)은 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 간의 경계면 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이는 역할을 할 수 없다. 그리고, 투명 전도성 재료가 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606)의 5wt%를 초과하여 포함되면, 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606) 내 변색물질 간의 거리가 멀어져 이온전도도를 높이는 효과가 떨어질 수 있다.
도 9(a)를 참조하면, 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 사이에 제3 버퍼층(604)이 배치되고, 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 사이에 제4 버퍼층(606)이 배치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606) 중 하나만 배치될 수도 있다.
제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)은 각각 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 간의 경계면 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 버퍼층(604)은 제1 변색물질층(120)에 포함되는 제1 변색물질 및 제1 전극부(110)에 포함되는 전도성 고분자를 포함하고, 제4 버퍼층(606)은 제2 변색물질층(140)에 포함되는 제2 변색물질 및 제2 전극부(150)에 포함되는 전도성 고분자를 포함한다. 이에 따라, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606) 각각은 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 극성 차를 줄여 주어, 경계면에서의 에어 갭을 방지하고, 결합력 및 점착력을 높일 수 있다.
여기서, 전도성 고분자는 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다. CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 간의 경계면 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 경계면을 연결하는 역할을 함과 동시에, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)에 분산된 변색물질 간의 이온 이동(ion mobilization)을 위한 매트릭스 역할을 할 수도 있다. 즉, CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 변색물질 간 전자의 이동을 용이하게 하며, 이에 따라 이온전도도가 증가하게 되고, 결과적으로 변색속도가 높아지게 된다.
이때, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)에 포함되는 전도성 고분자, 예를 들어 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)의 0.01 내지 5wt%, 바람직하게는 0.05 내지 4wt%, 더욱 바람직하게는 1 내지 3wt%로 포함될 수 있다. 전도성 고분자가 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)의 0.01wt% 미만으로 포함되면, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)은 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 간의 경계면 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이는 역할을 할 수 없다. 그리고, 전도성 고분자가 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606)의 5wt%를 초과하여 포함되면, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606) 내 변색물질 간의 거리가 멀어져 이온전도도를 높이는 효과가 떨어질 수 있다.
도 8 내지 9의 실시예에서, 제3 버퍼층(604)의 두께는 제1 변색물질층(120)의 두께의 0.01 내지 20%, 바람직하게는 0.01 내지 10%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5%일 수 있다. 그리고, 제4 버퍼층(606)의 두께는 제2 변색물질층(140)의 두께의 0.01 내지 20%, 바람직하게는 0.01 내지 10%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 5%일 수 있다. 제3 버퍼층(604)의 두께 또는 제4 버퍼층(606)의 두께가 제1 변색물질층(150)의 두께 또는 제2 변색물질층(160)의 두께의 0.01% 미만이면, 버퍼층으로의 역할을 하기가 어려워진다. 즉, 제3 버퍼층(604) 또는 제4 버퍼층(606)은 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 간의 경계면 및 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 간의 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이는 역할을 하기 어려우며, 이에 따라 이온전도도 증가 및 변색속도 향상의 효과를 얻기 어려운 문제가 있다. 제3 버퍼층(604)의 두께 또는 제4 버퍼층(606)의 두께가 제1 변색물질층(120)의 두께 또는 제2 변색물질층(140)의 두께의 20%를 초과하면, 이온이 이동해야 하는 거리가 커지게 되어, 오히려 변색속도가 저하될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 변색물질층(120)과 전해질층(130) 사이에 제1 버퍼층(600)이 배치되고, 전해질층(130)과 제2 변색물질층(140) 사이에 제2 버퍼층(602)이 배치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 버퍼층(600) 및 제2 버퍼층(602) 중 하나만 배치될 수도 있다. 그리고, 제1 전극부(110)와 제1 변색물질층(120) 사이에 제3 버퍼층(604)이 배치되고, 제2 변색물질층(140)과 제2 전극부(150) 사이에 제4 버퍼층(606)이 배치되는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제3 버퍼층(604) 및 제4 버퍼층(606) 중 하나만 배치될 수도 있다. 도 6 내지 9에서 설명한 내용과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
한편, 제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140)은 물, 에탄올, 부탄올, 메탄올 등과 같은 솔벤트 및 솔벤트 내에 분산되어 있는 변색물질(10)을 포함한다.
이때, 변색물질(10) 사이의 전하 및 이온의 이동을 증대시키면 변색속도를 높이는 것이 가능하다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에서는 변색물질 사이에 전하 및 이온의 이동을 증대시키기 위한 매트릭스를 추가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변색물질층은 변색물질 간 이온의 이동성을 높일 수 있는 전도성 고분자를 더 포함하고자 한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 변색물질층을 나타낸다.
도 11에서 제1 변색물질층(120)과 제2 변색물질층(140)이 모두 전도성 고분자(20)를 더 포함하는 것을 예로 들어 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1 변색물질층(120)과 제2 변색물질층(140) 중 하나만이 전도성 고분자를 포함할 수도 있다.
여기서, 전도성 고분자는 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate), PEDOT-PANI(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polyaniline), EDOT(Ethylenedioxythiophene), CNT(Carbon Nano Tube), PVDF(polyvinylidene fluoride), PEDOT:PPy, SBR 수지로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 전도성 고분자는 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
전도성 고분자는 제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140) 내에 분산된 변색물질 간의 이온 이동(ion mobilization)을 위한 매트릭스 역할을 할 수 있다. 특히, 전도성 고분자 중 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 다른 전도성 고분자에 비하여 전기전도도가 높으므로, 변색물질 간 전자의 이동을 용이하게 하며, 이에 따라 이온전도도가 증가하게 되고, 결과적으로 변색속도가 높아지게 된다. 또한, 전도성 고분자 중 CMC(carboxymethyl cellulose), PEDOT-PSS(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) 및 PEDOT-PANI 중 적어도 하나는 다른 전도성 고분자에 비하여 제1 변색물질층(120) 및 제2 변색물질층(140) 내에서 분산이 잘 이루어지므로, 변색물질의 표면을 코팅할 수 있다. 이에 따라, 이온전도도 및 변색속도가 높아지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 특히, 제1 변색물질층(120) 또는 제2 변색물질층(140) 내에 분산되는 변색물질은 단순히 색을 변색시키는 용도뿐만 아니라, 이온을 저장하는 역할도 수행한다. 이때, 제1 변색물질층(120) 또는 제2 변색물질층(140) 내에 전도성 고분자가 더 포함되면, 전도성 고분자에 따른 이온 저장 용량을 추가적으로 제공하여, 더 많은 이온을 저장하며, 이온들에게 버퍼를 제공하는 것이 가능하다. 이에 따라, 변색속도를 개선하는 것이 가능하다.
뿐만 아니라, 제1 변색물질층(120) 또는 제2 변색물질층(140) 내에 포함되는 전도성 고분자는 바인더의 역할도 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1 변색물질층(120)과 제1 전극부(110) 또는 전해질층(130) 간 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이며, 제2 변색물질층(140)과 전해질층(130) 또는 제2 전극부(150) 간 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높일 수 있다. 층 간 경계면에서의 결합력 및 점착력을 높이면, 경계면에서의 에어 갭을 방지할 수 있으며, 이에 따라 이온전도도 및 변색속도를 개선하는 것이 가능하다.
도 12는 비교예 11 및 실시예 11에 따른 전기변색소자의 성능을 비교하는 그래프이고, 표 3 비교예 11 및 실시예 11에 따른 전기변색소자의 성능을 나타내는 표이다.
도 12를 참조하면, 비교예 11에 따른 샘플 및 실시예 11에 따른 샘플에 대하여, 700nm 파장에서 시간(s)에 따른 투과율(%T) 변화를 실험하였다.
비교예 11에 따른 샘플은 캐소드측 변색물질로 WO3, 애노드측 변색물질로 프루시안 블루를 포함하고, 실시예 11에 따른 샘플은 캐소드측 변색물질로 WO3, 애노드측 변색물질로 프루시안 블루 95wt% 포함하고, 전도성 고분자로 CMC 5wt%%를 포함하도록 제조되었다.
도 12 및 표 3을 참조하면, 실시예 11에 따른 샘플에서 투과율 ΔT80%p.에서의 반응 시간이 줄어들고, 반응속도가 높아졌음을 알 수 있다.
구분 샘플 파장(nm) %T　 ΔT(%p.) ΔT(80%p.) 반응시간(@ΔT80%p.) 반응속도(@ΔT80%p.)
Max. Min.
착색 비교예 11 700 84.2 11.5 72.7 58.2 79.5 0.7
실시예 11 700 63.6 7.8 55.8 44.6 52.5 0.9
탈색 비교예 11 700 84.2 11.5 72.7 58.2 35.0 1.7
실시예 11 700 63.6 8.3 55.2 44.2 14.0 3.2
본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자 및 전기변색장치는 차량용 미러, 건물용 창호, 디스플레이 장치, ESL 장치 등에 다양하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자는 다양한 애플리케이션에 적용되는 것이 가능하며, ESL(electro shelf label) 등과 같이 특정부의 변색이 필요한 디스플레이에 적용될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자가 ESL에 적용된 예를 설명하기 위한 평면도이며, 도 14는 도 13의 일부의 단면도이다.
도 13 내지 14를 참조하면, 전기변색소자(100)는 전극이격부(G)에 의하여 전극 영역(A1) 및 더미전극 영역(A2)으로 구분될 수 있다. 전극 영역(A1)은 글씨, 숫자, 그림 등으로 표시되는 영역이고, 더미전극 영역(A2)은 배경으로 표시되는 영역일 수 있다. 전극 영역(A1)은 정보를 표시하기 위한 영역으로, 변환 영역, 표시 영역 등과 혼용될 수 있고, 더미전극 영역(A2)은 배경 영역과 혼용될 수 있다.
전극 영역(A1)은 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)을 포함하며, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 서로 이격되며, 독립적으로 구동될 수 있다. 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)의 탈색 및 착색 조합에 따라 전극 영역(A1)은 다양한 정보를 노출할 수 있다. 이를 위하여, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 더미전극 영역(A2) 주변에 배치될 수 있다. 즉, 더미전극 영역(A2)은 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)에 의하여 둘러싸이거나, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 더미전극 영역(A2)에 의하여 둘러싸일 수 있다. 이에 따라, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)에 의하여 표시되는 정보가 더미전극 영역(A2)의 배경에 의하여 선명하게 표시될 수 있다.
이때, 각 영역은 각 영역보다 폭이 좁은 배선 영역(W)으로 연장되고, 배선 영역(W)을 통하여 패드전극(30)에 연결될 수 있다. 즉, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n) 각각은 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n) 각각으로부터 연장된 배선부를 통하여 패드전극(30)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)은 복수의 전극 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)과 혼용될 수도 있다.
예를 들어, 각 분할 영역으로부터 연장된 배선 영역(W)의 폭은 각 분할 영역의 폭의 1/3 내지 1/8일 수 있다. 배선 영역(W)의 폭이 각 분할 영역의 폭의 1/8배보다 작으면 배선 영역 내의 버스 전극이 끊어질 수 있으며, 1/3배보다 크면 분할 영역의 착색 시 배선 영역이 노출될 수 있다. 또한, 배선 영역(w)의 폭은 버스 전극의 Mesh 개구 폭의 0.2배 이상 2배 이하, 0.4배 이상 1.5배 이하, 0.5배 이상 1.2배 이하 일 수 있다. 배선 영역(w)의 폭이 버스 전극의 Mesh 개구 폭의 0.2배 미만인 경우 배선 영역(W)에 버스 전극이 서로 단락이 되어 버스 전극이 역할을 수행 할 수 없고, 2배 초과일 경우 분할 영역의 착색시 배선 영역이 노출될 수 있다. A1은 전극부이고, A1과 패드전극(30)를 연결하는 배선 영역은 배선부라 할 수 있다.
이에 따라, 각 영역은 서로 독립적으로 변색 반응이 일어날 수 있다. 예를 들어, 전극 영역(A1)에서만 변색 반응이 일어나고, 더미전극 영역(A2)에서는 변색 반응이 일어나지 않도록 구현되거나, 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)의 변색 반응이 독립적으로 일어나도록 구현되거나, 전극 영역(A1)을 이루는 복수의 분할 영역(A1-1, A1-2, ..., A1-n)의 변색 반응이 독립적으로 일어나도록 구현될 수 있다. 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)의 변색 반응이 독립적으로 일어나도록 구현되는 경우, 더미전극 영역(A2)은 전극 영역이 될 수 있다. 이에 따라, 전극이격부(G)는 복수의 전극 영역(A1, A2) 사이에 형성될 수 있다.
한편, 전극이격부(groove, G)의 선폭은 버스 전극의 Mesh 개구부의 폭 또는 Pitch에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 전극이격부(G)의 선폭은 버스 전극의 Mesh 개구부 폭의 0.1배 이상이고, 150um 이하, 바람직하게는 0.2배 이상 120um 이하, 더욱 바람직하게는 0.2배 이상 90um 이하일 수 있다. 전극이격부(G)의 선폭이 버스 전극 Mesh 개구부 폭의 0.1배 미만이면 전극 영역(A1)과 더미전극 영역(A2)이 전기적으로 단락되지 않을 수 있으며, 전극이격부(G)의 선폭이 150㎛를 초과하는 경우 정밀한 전극 영역(A1) 가공이 어려워질 수 있다. 또한, 레이져 가공을 통해 전극이격부(G)를 형성할 경우 레이져 가공 능력에 따라 전극이격부(G)의 선폭이 달라질 수 있다.
또한, 제1 전극부(110)의 일 끝단에 패드전극(30)이 배치되며 패드전극(30)은 제1 전극부(110)와 접하도록 배치될 수 있다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자를 포함하는 전기변색장치를 나타낸다.
도 15를 참고하면, 전기변색장치(1500)는 케이스(1510), 케이스(1510) 내에 배치되는 회로기판(1520), 회로기판(1520)과 커넥터(1530)를 통하여 연결된 전기변색소자(100)를 포함할 수 있다. 전기변색소자(100)는 도 15(a)와 같이 회로기판(1520)과 함께 케이스(1510) 내에 실장되거나, 도 15(b)와 같이 회로기판(1520), 및 커넥터(1530)와 전기변색소자(100)의 일부 영역이 케이스(1530) 내에 실장되고, 전기변색소자(100)의 나머지 영역은 케이스(1510) 외부로 노출되어 있는 형태일 수도 있다.
커넥터(1530)는 연성인쇄회로기판(FPCB) 또는 연성평탄케이블(FFC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 15(a)와 같은 전기변색장치는 선반에 부착되는 것일 수 있으며, 도 15(b)와 같은 전기변색장치는 선반에 걸리거나 천장에 매달리는 것일 수 있다. 도 15(b)와 같이 전기변색 장치에 Flexible 한 전기변색소자를 사용할 경우 종이(Paper)와 같은 효과를 구현할 수 있어, 소비자들로부터 친근감을 유발 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기변색장치는 전자선반라벨에 적용될 수 있으며, 전자선반라벨은 마트 등에서 가격정보, 스토어 심볼(symbol), 프로모션 이미지, 바코드, 상품명, 상품이미지, 원산지 등의 정보를 표시하는 수단으로 다양하게 사용될 수 있다. 또는 물류센터 등에서 물품명, 수량 등의 정보를 표시하는 수단으로 다양하게 사용될 수 있다.
도 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색장치가 적용된 전자선반라벨 시스템을 도시한 도면이다.
서버(3100)는 상품에 대한 정보가 저장되는 곳이며, 서버(3100)는 게이트웨이(3200) 및 송신기(3300)를 경유하여 전자선반라벨(1500)과 통신채널을 형성할 수 있다. 서버(3100)와 게이트웨이(3200), 및 송신기(3300)는 이더넷 등 유선 네트워크 또는 와이파이 등 무선 네트워크로 연결될 수 있다.
송신기(3300)와 전자선반라벨(1500)은 와이파이, 블루투스, RF 등 무선 네트워크로 연결될 수 있다. 송신기(3300)는 서버(3100)에서 상품 정보를 수신하여 전자선반라벨(1500)에 전송하고, 동작모드에 따라서 전자선반라벨(1500)에 전력을 전송할 수 있다.
전자선반라벨(1500)은 제어부, 통신모듈, 저장부 및 디스플레이부를 포함할 수 있다. 전자선반라벨(1500)은 내부에 배터리를 구비할 수도 있다. 또는 전자선반라벨(1500)은 무선전력 충전 모듈을 구비하여 무선충전될 수 있다. 제어부는 통신모듈이 통신을 수행하는 것을 제어하며, 통신모듈이 수신한 상품 정보를 디스플레이부에 표시할 수 있다. 또한, 송신기(3300)에서 전력이 송신되는 경우 전력을 수신하여 신호를 직류전압으로 변환하고, 무선전력 충전 모듈로 전압을 공급할 수 있다. 저장부는 디스플레이부에 표시되는 데이터를 저장한다. 통신모듈은 송신기로부터 상품 정보를 수신하거나, 송신기로부터 전력을 전송받을 수 있다. 디스플레이부는 제어부로부터 전송받은 상품 정보를 표시한다. 디스플레이부는 전기변색소자일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 배치되는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층,
    상기 제1 변색물질층 위에 배치된 전해질층,
    상기 전해질층 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층,
    상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 그리고
    상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판을 포함하며,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명 기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극이며,
    상기 전해질층은 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 상기 제1 이온성 액체와 이종인 제2 이온성 액체를 포함하고,
    상기 제1 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하지 않은 이온성 액체이고,
    상기 제2 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능한 이온성 액체인 전기변색소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 이온성 액체는 양이온이 탄소 이중 결합 또는 탄소 삼중 결합을 포함하는 이온성 액체인 전기변색소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 이온성 액체는 양이온이 비닐기 또는 아크릴레이트기를 포함하는 이온성 액체인 전기변색소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 이온성 액체는 상기 양이온이 이미다졸륨 또는 암모늄 중 적어도 하나를 더 포함하는 이온성 액체인 전기변색소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 이온성 액체는 상기 양이온이 1-메틸-3-비닐이미다졸륨(1-metyl-3-vinylimidazolium) 또는 [3-(메타크로아크릴로일아미노)프로필] 트리메틸암모늄([(3-methacryloylamino)propyl]trimethylammonium)을 포함하는 전기변색소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 이온성 액체는 양이온이 암모늄(ammonium), 이미다졸륨(imidazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 피페리디늄(piperidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리디늄(pyridinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피롤리늄(pyrrolinium), 피롤륨(pyrrolium) 및 티아졸륨(thiazolium), 트리아졸륨(triazolium) 중 적어도 하나를 포함하는 전기변색소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 이온성 액체 10 중량부에 대하여 제2 이온성 액체는 5 내지 15 중량부로 포함되는 전기변색소자.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전해질층은 리튬염을 더 포함하는 전기변색소자.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 전해질층은 광개시제를 더 포함하는 전기변색소자.
  10. 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 배치되며 제1 변색물질을 포함하는 제1 변색물질층, 상기 제1 변색물질층 위에 배치된 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되며 제2 변색물질을 포함하는 제2 변색물질층, 상기 제2 변색물질층 위에 배치되는 제2 전극, 그리고 상기 제2 전극 위에 배치된 제2 기판을 포함하며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 투명 기판이고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는 투명 전극이며, 상기 전해질층은 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나, 제1 이온성 액체, 그리고 상기 제1 이온성 액체와 이종인 제2 이온성 액체를 포함하고, 상기 제1 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능하지 않은 이온성 액체이고, 상기 제2 이온성 액체는 상기 중합 가능한 모노머, 중합 가능한 올리고머 및 폴리머 중 적어도 하나와 반응 가능한 이온성 액체인 전기변색소자,
    상기 제1 전극에 연결되고, 제1 극성을 가지는 제1 단자부, 그리고
    상기 제2 전극에 연결되고, 제2 극성을 가지는 제2 단자부를 포함하는 전기변색장치.
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