WO2021033931A1 - 플렉서블 전기 변색 소자 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents

플렉서블 전기 변색 소자 및 그것을 제조하는 방법 Download PDF

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WO2021033931A1
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    • E06B2009/2464—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds featuring transparency control by applying voltage, e.g. LCD, electrochromic panels

Definitions

  • the present invention relates to an electrochromic device, and more particularly, to a flexible electrochromic device and a method of manufacturing the same.
  • Glass is generally used as a window material.
  • glass is vulnerable to blocking radiant heat through sunlight, it cannot block heat in summer. Also, it has high thermal conductivity, so it cannot prevent heat from escaping to the outside in winter.
  • glass windows are a major factor in reducing the thermal efficiency of buildings. Therefore, in order to save energy in buildings, it is necessary to control the inflow and outflow of heat through the glass window.
  • LEED Leader in energy and environmental design
  • LEED is an internationally recognized green building certification system. If it is recognized as a green building, the building standards are relaxed and various tax reduction benefits are given.
  • Electrochromic devices are particularly suitable for smart windows because they have lower power consumption compared to, for example, polymer-dispersed liquid crystal (PDLC) or suspended particle display (SPD), and have the advantage of being able to manufacture large-area devices at low cost. Do.
  • PDLC polymer-dispersed liquid crystal
  • SPD suspended particle display
  • An electrochromic device is a device that uses a reversible color change that occurs when an electrochromic substance electrochemically causes an oxidation or reduction reaction.
  • the electrochromic element can be used not only in a smart window for construction, but also in a mirror (rear mirror, side mirror, etc.) for automobiles, a sunroof for automobiles, or a display device.
  • Electrochromic elements generally include a counter electrode layer, an ion conductive layer, and an electrochromic layer disposed between transparent electrode layers. Ions are supplied from the counter electrode layer to the electrochromic layer through the ion conductive layer, thereby causing electrochromic color.
  • a gel type polymer electrolyte or polymer may be used as the ion conductive layer.
  • the gel-type polymer electrolyte or polymer is formed using a dispenser, it is difficult to form an ion conductive layer of uniform thickness over a large area, and it is difficult to use for a long time because the gel-type polymer electrolyte flows down by gravity. .
  • each layer of the electrochromic device is laminated on the substrate using different techniques. Accordingly, it takes a lot of time to form each layer.
  • two glass substrates are bonded using a sealing technique, and since there is no means to protect the device other than sealing, it is easily damaged by an external environment, especially moisture.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a flexible electrochromic device suitable for a smart window and a method of manufacturing the same.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrochromic device suitable for application to a substrate having a curvature such as glasses.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrochromic device having excellent processability and reliability while reducing cost.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrochromic device with low power consumption and a method of manufacturing the same.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrochromic device with improved electrochromic efficiency.
  • a flexible electrochromic device includes: a flexible base film; A first transparent electrode layer disposed on the base film; A second transparent electrode layer disposed on the first transparent electrode layer; An electrochromic laminate disposed between the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer; A passivation coating layer covering the second transparent electrode layer, and a first connection electrode formed on the first transparent electrode layer; And a second connection electrode formed on the second transparent electrode layer, wherein the electrochromic laminate comprises: an electrochromic layer; A counter electrode layer; And an ion conductive layer disposed between the electrochromic layer and the counter electrode layer, wherein the protective layer covers the first and second connection electrodes, and includes openings exposing the first and second connection electrodes.
  • the protective layer covers the first and second connection electrodes, and includes openings exposing the first and second connection electrodes.
  • a method of manufacturing an electrochromic device includes forming a substrate cover film on a substrate, forming a buffer layer on the substrate cover film, depositing a first transparent electrode layer on the buffer layer, and Depositing an electrochromic layer on the first transparent electrode layer, depositing an ion conductive layer on the electrochromic layer, depositing a counter electrode layer on the ion conductive layer, depositing a second transparent electrode layer on the counter electrode layer, and And depositing a protective layer on the second transparent electrode layer, removing the substrate from the substrate cover film, and attaching a base film to the substrate cover film.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view illustrating an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 1 to describe an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating an electrochromic system according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 11 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic plan view illustrating an application of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view for explaining an application of an electrochromic device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic plan view illustrating an application of an electrochromic device according to another embodiment of the present invention.
  • a flexible electrochromic device includes: a flexible base film; A first transparent electrode layer disposed on the base film; A second transparent electrode layer disposed on the first transparent electrode layer; An electrochromic laminate disposed between the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer; A passivation coating layer covering the second transparent electrode layer, and a first connection electrode formed on the first transparent electrode layer; And a second connection electrode formed on the second transparent electrode layer, wherein the electrochromic laminate comprises: an electrochromic layer; A counter electrode layer; And an ion conductive layer disposed between the electrochromic layer and the counter electrode layer, wherein the protective layer covers the first and second connection electrodes, and includes openings exposing the first and second connection electrodes.
  • the protective layer covers the first and second connection electrodes, and includes openings exposing the first and second connection electrodes.
  • a flexible electrochromic device suitable for a smart window can be provided.
  • the protective layer there is no need to bond the substrate on the second transparent electrode layer, and accordingly, the productivity of the electrochromic element can be improved, and the manufacturing cost can be reduced.
  • it is possible to improve the reliability of the electrochromic device by adopting a protective layer suitable for protecting the electrochromic laminate from the external environment.
  • the first connection electrode and the second connection electrode it is possible to easily disperse the current over a wide area of the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer.
  • the base film may be a polymer-based transparent film.
  • the protective layer may include at least one oxide film or a polymer-based material selected from the group consisting of a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a manganese oxide film, for example, polyimide. .
  • the flexible electrochromic device may further include a polymer-based substrate cover film disposed between the base film and the first transparent electrode layer.
  • the flexible electrochromic device may further include a buffer layer disposed between the substrate cover film and the first transparent electrode layer.
  • the buffer layer may include an oxide layer, a nitride layer, or amorphous silicon. The buffer layer blocks diffusion of foreign substances from the substrate cover film to the electrochromic laminate.
  • the flexible electrochromic element may further include lead electrodes each connected to the first connection electrode and the second connection electrode through openings of the protective layer.
  • the lead electrodes electrically connect an external power source or an internal power source such as a battery to the first and second transparent electrode layers so that a voltage is applied between the first transparent electrode layer and the second transparent electrode layer.
  • the flexible electrochromic device may further include a protective film disposed on the protective layer to cover the lead electrodes.
  • the electrochromic layer and the counter electrode layer may exhibit electrochromic colors by a reduction reaction and an oxidation reaction, or an oxidation reaction and a reduction reaction, respectively.
  • the electrochromic layer undergoes a reduction reaction
  • the counter electrode layer undergoes an oxidation reaction, and vice versa.
  • Materials used for the electrochromic layer include, for example, WO 3 , NiO, NiWO, NIWNbO, MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , CuO, Ir 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Mn 2 O 3 , V 2 O 5 , Ni 2 O 3 , Co 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or CeO 2 .
  • Materials used as counter electrode layers include, for example, WO 3 , NiO, NiWO, NiWNBO, MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , CuO, Ir 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Mn 2 O 3 , V 2 O 5 , Ni 2 O 3 , Co 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or CeO 2 .
  • the stoichiometric ratio of each material is described, but it should be understood as including materials of non-stoichiometric ratio.
  • the ion conductive layer includes ions moving to the electrochromic layer.
  • the ions may include, for example, H+, Li+, D+, alkali metal ions or alkaline earth metal ions.
  • the ion conducting layer may include hydrogen ions together with lithium ions.
  • the ion conducting layer may be formed of, for example, LiWOx containing hydrogen ions.
  • the counter electrode layer or the electrochromic layer may include hydrogen ions together with lithium ions.
  • the flexible electrochromic device may further include an adhesive film attached to the base film.
  • the color-changing element may be attached to various types of glass windows using an adhesive film.
  • a method of manufacturing an electrochromic device includes forming a substrate cover film on a substrate, forming a buffer layer on the substrate cover film, depositing a first transparent electrode layer on the buffer layer, and Depositing an electrochromic layer on the first transparent electrode layer, depositing an ion conductive layer on the electrochromic layer, depositing a counter electrode layer on the ion conductive layer, depositing a second transparent electrode layer on the counter electrode layer, and And depositing a protective layer on the second transparent electrode layer, removing the substrate from the substrate cover film, and attaching a base film to the substrate cover film.
  • the electrochromic layer, the ion conductive layer, the counter electrode layer, the second transparent electrode layer, and the protective layer may be deposited in-situ using an in-line sputtering deposition equipment.
  • the method of manufacturing an electrochromic device may further include forming a substrate cover film on the substrate before depositing the first transparent electrode layer.
  • the buffer layer may include an oxide layer, a nitride layer, or amorphous silicon.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view for explaining an electrochromic device 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along a cut line A-A' of FIG. 1.
  • the electrochromic device 100 includes a base film 51, an adhesive film 53, a substrate cover film 21, a buffer layer 23, a first transparent electrode layer 25, and an electrochromic element.
  • the laminate 30, the second transparent electrode layer 33, the protective layer 35, the first connection electrode 25w, the second connection electrode 33w, the lead electrodes 37a and 37b, and the protective film 39 ) Can be included.
  • the electrochromic laminate 30 may include an electrochromic layer 27, an ion conductive layer 29 and a counter electrode layer 31.
  • the base film 51 supports the electrochromic laminate 30.
  • the base film 51 may be a flexible polymer film.
  • the base film 51 is polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), aryl diglycol carbonate (ADC), Tribex, acrylic, poly It may be formed of a transparent polymer such as carbonate (PC) and episulfide.
  • the adhesive film 53 may be disposed on the lower surface of the base film 51.
  • the adhesive film 53 may be used to attach the electrochromic element 53 to a glass window or the like, but may be omitted.
  • the adhesive film 53 may be formed using a transparent adhesive.
  • the substrate cover film 21 may be attached to the base film 53.
  • the substrate cover film 21 may also be formed of a transparent polymer such as PI, PET, or PEN.
  • the buffer layer 23 is disposed between the substrate cover film 21 and the electrochromic laminate 30 to protect the electrochromic laminate 30 from the substrate cover film 21.
  • the buffer layer 23 blocks diffusion of foreign substances from the polymer-based substrate cover film 21 to the electrochromic laminate 30.
  • the buffer layer 23 may include, for example, an oxide layer such as SiOx or AlOx, a nitride layer such as SiNx, or amorphous silicon.
  • the buffer layer 23 may be formed using a vacuum-based deposition technique such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
  • the first transparent electrode layer 25 may be formed of a transparent conductive oxide layer, for example, an indium tin oxide layer (ITO).
  • the first transparent electrode layer 25 may be formed using a vacuum-based deposition technique such as physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
  • the first transparent electrode layer 25 may be deposited on the buffer layer 23 using, for example, a sputtering device, and may be heat treated by a heater after deposition.
  • the first transparent electrode layer 25 may be deposited to a thickness of, for example, 500 to 5000 ⁇ .
  • the electrochromic laminate 30 is disposed on the first transparent electrode layer 25.
  • the electrochromic laminate 30 may be formed to expose the first transparent electrode layer 25. As shown in FIGS. 1 and 2, the first transparent electrode layer 25 may be exposed along the edge of the electrochromic laminate 30.
  • the electrochromic layer 27 is converted from a colorless layer to a colored layer by an oxidation or reduction reaction.
  • a material having such an electrochromic property for example, WO 3 , NiO, NiWO, NIWNbO, MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , CuO, Ir 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Mn 2 O 3 , V 2 O 5 , Ni 2 O 3 , Co 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or CeO 2 .
  • the stoichiometric ratio of each material is described, but it should be understood as including materials of non-stoichiometric ratio.
  • the electrochromic layer 27 may be deposited on the first transparent electrode layer 25 using a vacuum-based deposition technique such as a physical vapor deposition or a chemical vapor deposition technique, for example, a sputtering technique.
  • the electrochromic layer 27 may be deposited to a thickness of, for example, 1000 to 10000 ⁇ .
  • a carrier gas for example, H 2 gas together with Ar may be supplied, and thus, hydrogen ions may be introduced into the electrochromic layer 27.
  • a layer of a material used as mobile ions for example, a Li layer may be added to the surface of the electrochromic layer 27.
  • the ion conducting layer 29 is a layer that conducts ions between the electrochromic layer 27 and the counter electrode layer 31 when a voltage is applied to both ends of the electrochromic laminate 30.
  • the ion conductive layer 29 may be formed of a material containing mobile ions.
  • the mobile ions may include, for example, H+, Li+, D+, alkali metal ions or alkaline earth metal ions.
  • the ion conductive layer 29 may be formed of, for example, LiWOx, for example, Li2WO4, and further, may include hydrogen ions.
  • the ion conductive layer 29 may be deposited using a vacuum-based deposition technique such as a physical vapor deposition or a chemical vapor deposition technique, such as a sputtering technique.
  • the ion conductive layer 29 may be formed to a thickness of, for example, 300 to 3000 ⁇ .
  • H 2 gas may be supplied with a carrier gas, for example, Ar, and thus hydrogen ions may be introduced into the ion conductive layer 29.
  • the flow ratio of Ar and H 2 gas (Ar/H 2 ) may be in the range of 90/10 to 98/2.
  • the counter electrode layer 31 is converted from a colorless layer to a colored layer by an oxidation or reduction reaction.
  • the counter electrode layer 31 has electrochromic characteristics through a reaction opposite to that of the electrochromic layer 27.
  • Materials used for the counter electrode layer 31 include, for example, WO 3 , NiO, NiWO, NIWNbO, MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , CuO, Ir 2 O 3 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , Mn 2 O 3 , V 2 O 5 , Ni 2 O 3 , Co 2 O 3 , SiO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , or CeO 2 .
  • the stoichiometric ratio of each material is described, but it should be understood as including materials of non-stoichiometric ratio.
  • the counter electrode layer 31 may be deposited on the ion conductive layer 29 using a vacuum-based deposition technique such as a physical vapor deposition or a chemical vapor deposition technique, for example, a sputtering technique.
  • the counter electrode layer 31 may be deposited to a thickness of, for example, about 500 to 5000 ⁇ .
  • a bias voltage may be applied to the substrate 21 in addition to the voltage applied to the target. By applying a bias voltage to the substrate 21 side, a high-density counter electrode layer 31 can be formed, and accordingly, pinholes in the counter electrode layer can be reduced.
  • the pinhole in the counter electrode layer 31 reduces the memory effect of the electrochromic element. Accordingly, by depositing the counter electrode layer 31 at a high density to reduce pinholes, the memory effect of the electrochromic device can be improved. Further, in order to reduce the pinhole in the counter electrode layer 31, the counter electrode layer 31 may be deposited at a relatively high temperature, and after the counter electrode layer 31 is deposited, heat treatment may be performed at a temperature of about 100 to 300°C. May be.
  • H 2 gas may be supplied along with a carrier gas, for example, Ar, and thus hydrogen ions may be introduced into the counter electrode layer 31.
  • a carrier gas for example, Ar
  • a layer of a material used as moving ions for example, a Li layer may be added when the counter electrode layer 31 is deposited.
  • a layer of a material used as mobile ions for example, a Li layer, may be added to the surface of the counter electrode layer 31.
  • the Li layer increases the life of the electrochromic device by supplying Li ions.
  • the second transparent electrode layer 33 may be disposed on the electrochromic laminate 30.
  • the second transparent electrode layer 33 may be formed of a transparent conductive oxide film, for example, an indium tin oxide film (ITO) or an indium gallium zinc oxide film (IGZO).
  • the second transparent electrode layer 33 may be deposited on the counter electrode layer 31 by using a vacuum-based deposition technique such as a physical vapor deposition or a chemical vapor deposition technique, for example, a sputtering technique, and may be heat treated by a heater.
  • the second transparent electrode layer 33 may be deposited to a thickness of, for example, 500 to 5000 ⁇ .
  • the first connection electrode 25w may be disposed on the first transparent electrode layer 25.
  • the first connection electrode 25w helps to distribute current in the first transparent electrode layer 25.
  • the first connection electrode 25w may be arranged in a ring shape on the first transparent electrode layer 25 along the periphery of the electrochromic laminate 30.
  • the shape of the first connection electrode 25w is not limited to the ring.
  • the second connection electrode 33w is disposed on the second transparent electrode layer 33.
  • the second connection electrode 33w helps to disperse the current in the second transparent electrode layer 33.
  • the second connection electrode 33w may be arranged in a ring shape along the edge of the second transparent electrode layer 33.
  • the shape of the first connection electrode 25w is not limited to the ring.
  • the protective layer 35 protects the electrochromic element from the external environment.
  • the protective layer 35 protects the electrochromic laminate from moisture, and further protects the electrochromic element from external physical forces to prevent defects such as scratching.
  • the protective layer 35 may cover the electrochromic laminate 30 and further cover the first transparent electrode layer 25, the first connection electrode 25w and the second connection electrode 33w.
  • the protective layer 35 may be deposited on the second transparent electrode layer 33 using a vacuum-based deposition technique such as physical vapor deposition, chemical vapor deposition, or atomic layer deposition.
  • the protective layer 35 may include, for example, an oxide film or polyimide of at least one of a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a manganese oxide film.
  • the protective layer 35 may be formed as a single layer, but is not limited thereto, and may be formed as multiple layers.
  • the conventional glass substrate can be omitted, thereby reducing the weight of the product, and further, since the bonding process of the glass substrate can be omitted, productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.
  • the protective layer 35 may not contain a curable resin that requires a separate curing process other than the deposition process, and thus, a mass production process currently used in the liquid crystal display production process can be used, which is suitable for product enlargement.
  • a flexible electrochromic device can be provided by using the relatively thin protective layer 35 instead of the glass substrate.
  • the protective layer 35 may have openings (see 35a and 35b of FIG. 9) exposing the first connection electrode 25w and the second connection electrode 33w.
  • the lead electrodes 37a and 37b may be connected to the first connection electrode 25w and the second connection electrode 33w through openings of the protective layer 35.
  • the lead electrodes 37a and 37b connect external power or internal power to the first connection electrode 25w and the second connection electrode 33w.
  • the protective film 39 covers and protects the lead electrodes 37a and 37b.
  • the protective film 39 may be disposed on the protective layer 35.
  • the protective film 39 may cover the entire upper surface of the protective layer 35, but is not limited thereto, and may be disposed on a partial area of the protective layer 35 to cover the lead electrodes 37a and 37b. .
  • a voltage is applied to the first transparent electrode layer 25 and the second transparent electrode layer 33 through the lead electrodes 37a and 37b.
  • a voltage is applied, electric charges, in particular, ions move between the counter electrode layer 31 and the electrochromic layer 27 through the ion conductive layer 29, and thus, electrochromic discoloration occurs.
  • the electrochromic layer 27 and the counter electrode layer 31 may exhibit electrochromism by a reduction reaction and an oxidation reaction, or an oxidation reaction and a reduction reaction, respectively.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating an electrochromic system 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the electrochromic system 1000 may include an electrochromic element 100 and an operation module 200 for operating the electrochromic element.
  • the electrochromic element 100 includes an electrochromic laminate 30 between the first transparent electrode layer 25 and the second transparent electrode layer 33, as described with reference to FIGS. 1 and 2, and the first It includes lead electrodes 37a and 37b for supplying power to the transparent electrode layer 25 and the second transparent electrode layer 33.
  • the lead electrodes 37a and 37b may be electrically connected to the driving module 200 using a connector.
  • the driving module 200 may include a power supply 210, a controller 220, a switching system 230, and a networking system 240.
  • the power supply 210 may receive power from an external power source to supply power to the electrochromic device 100, or may supply power to the electrochromic device 100 using an internal power source.
  • the controller 220 controls the driving of the electrochromic element 100 according to an external signal or a program stored in a memory.
  • the controller 220 may control the switching system 230 by receiving a signal transmitted through the networking system 240.
  • controller 220 may control the electrochromic element 100 with an optimal on/off voltage and signal interval in consideration of the memory effect of the electrochromic element 100.
  • the switching system 230 connects (on) or blocks (off) the current supplied to the electrochromic element 100.
  • the switching system 230 may also include a dimming device, and the degree of electrochromic discoloration of the electrochromic element 100 may be adjusted using the dimming device.
  • the networking system 240 may receive a signal through a remote controller, a mobile app, a PC, or a server, and the controller 220 may drive the electrochromic element 100 according to an input signal.
  • the controller 220 may be embedded in a PC or server, and may drive the electrochromic element 100 by wire or wirelessly.
  • Networking system 240 can also be used to control multiple smart windows simultaneously, such as a smart building. Each smart window may be configured with an electrochromic element 100.
  • the controller 220 may simultaneously turn on/off the plurality of electrochromic elements 100 using the networking system 240 or may turn on/off each electrochromic element 100 according to a program.
  • 4 to 11 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • a substrate cover film 21 is formed on a substrate 11.
  • the substrate 11 is a substrate for forming the electrochromic laminate 30, and may be, for example, a glass substrate.
  • the substrate cover film 21 may be formed of a flexible transparent film.
  • the substrate cover film 21 may be applied using, for example, slot die coating or dispensing, and may be cured through heat treatment or ultraviolet treatment.
  • a buffer layer 23, a first transparent electrode layer 25, an electrochromic laminate 30, and a second transparent electrode layer 33 are sequentially formed on the substrate cover film 21.
  • These layers can be formed using chemical vapor deposition or physical vapor deposition techniques. In certain embodiments, these layers may be continuously deposited and heat treated using an in-line sputtering apparatus comprising a series of sputtering deposition apparatuses and a heat treatment apparatus.
  • an in-line sputtering apparatus may include a carrier moving on a stage, a plurality of targets for depositing respective layers, and at least one heater.
  • the substrate 11 is mounted on a carrier and moves through a moving means on the stage to enter the chamber in which the target is placed.
  • a series of targets and heaters are arranged in-line, and an electrochromic layer 27, an ion conductive layer 29, and a counter electrode layer 31 are sequentially deposited on the substrate 11 moved by the carrier by sputtering.
  • the first transparent electrode layer 25 and the second transparent electrode layer 33 may also be continuously formed together with the electrochromic laminate 30. That is, when sputtering deposition is completed on one target, the substrate 21 moves to the chamber where the target of the next process is located by the carrier 51, and the next deposition process is continuously performed.
  • the in-line sputtering apparatus can deposit thin films in-situ without vacuum breaking.
  • the heater may be disposed in the last chamber of the in-line sputtering apparatus or a chamber between the target and the target for heat treatment of the deposited layer, or may be disposed in the chamber together with the target.
  • H 2 gas may be introduced together with a carrier gas.
  • H 2 gas can be introduced to provide H+ ions.
  • the target for forming the ion conductive layer 29 may be the same material as the ion conductive layer 29, but is not limited thereto.
  • the ion conductive layer 29 may be LiWOx
  • the target for forming the ion conductive layer 29 may be Li or Li 2 WO 4 target.
  • the electrochromic layer 27 is a tungsten oxide film
  • a thin Li layer may be deposited on the surface of the electrochromic layer 27 to form an ion conductive layer 29 of LiWOx.
  • the substrate 21 is moved to a chamber in which the target is located to deposit the counter electrode layer 31.
  • the target for depositing the counter electrode layer 31 may include the same material as the counter electrode layer 31, or may be a metal material of the counter electrode layer 31.
  • a Ni target may be used to form the counter electrode layer 31, and a Ni layer may be deposited on the ion conductive layer 29 and oxidized to form a counter electrode layer 31 such as NiO. .
  • the counter electrode layer 31 may be deposited at a relatively higher temperature compared to other layers. Also, a bias voltage may be added to the substrate 21 while depositing the counter electrode layer 31. Accordingly, pinholes in the counter electrode layer 31 can be reduced, and thus, a memory effect of the electrochromic element 100 can be improved.
  • a Li layer may be added to the inside or surface of the counter electrode layer 31.
  • a target for further depositing the counter electrode layer 31 may be placed next to the Li target.
  • heat treatment may be performed on the substrate 21, and for this purpose, a heater may be used.
  • the heater may also be disposed between a target for forming the counter electrode layer 31 and a target for forming the second transparent electrode layer 33 to perform heat treatment after depositing the counter electrode layer 31.
  • hydrogen gas may be supplied together with a carrier gas. Accordingly, hydrogen ions can be introduced into the electrochromic laminate 30. Hydrogen ions cause electrochromic discoloration together with metal transfer ions such as Li ions, thereby improving electrochromic efficiency.
  • the electrochromic laminate 30 and the second transparent electrode layer 33 are divided into a plurality of regions on the first transparent electrode layer 25 by a scribing line SL.
  • the electrochromic laminate 30 and the second transparent electrode layer 33 may be divided into a plurality of regions using, for example, a scribing technique such as mechanical scribing and laser scribing.
  • Each region may have a rectangular shape when viewed in a plan view, but is not particularly limited thereto.
  • a first connection electrode 25w is formed on the second transparent electrode layer 33 and the first transparent electrode layer 25 exposed through the electrochromic laminate 30, and the second connection electrode 25w is formed in each region.
  • the second connection electrode 33w is formed on the transparent electrode layer 33.
  • the first connection electrode 25w may be formed in a ring shape surrounding the electrochromic laminate 30, and the second connection electrode 33w is on the second transparent electrode layer 33. It can be formed in a ring shape.
  • the first connection electrode 25w and the second connection electrode 33w may be formed using, for example, a lift-off process or a screen printing process, and voltage is applied to the first and second transparent electrode layers 25 and 33. It may be formed of a conductive material, such as a metal material or a conductive paste, for applying
  • the electrochromic laminate 30 is divided into a plurality of regions, and then the first and second connection electrodes 25w and 33w are formed, but the order may be changed. That is, the first and second connection electrodes 25w and 33w may be formed first, and the electrochromic laminate 30 may be divided into a plurality of regions.
  • a protective layer 35 covering the first transparent electrode layer 25, the second transparent electrode layer 33, and the first and second connection electrodes 25w and 33w is formed.
  • the protective layer 35 protects the electrochromic laminate 30 from external environments such as moisture or scratches.
  • the protective layer 35 may be formed of, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a manganese oxide film or at least one oxide film or polyimide, and physical vapor deposition , Chemical vapor deposition technology, atomic layer deposition technology, and other coating techniques.
  • the substrate 11 is removed from the electrochromic laminate 30.
  • the substrate 11 can be separated from the substrate cover film 21 using, for example, a laser lift-off technique.
  • the base film 51 is attached.
  • the base film 51 is attached to the first transparent electrode layer 25 side.
  • the base film 51 may be attached to the substrate cover film 21 using a lamination process.
  • the base film 51 is formed of a flexible polymer and can be bent (bendable) and rolled (rollerable).
  • the flexible electrochromic device 100 may be provided by removing the solid substrate 11 such as glass and using the base film 51 as a support substrate.
  • an adhesive film 53 may be formed on the base film 51.
  • the adhesive film 53 may be used to attach the electrochromic element to a glass window or the like.
  • openings 35a and 35b may be formed in the protective layer 35.
  • the openings 35a 35b may be formed using, for example, a photography and etching technique or a scribing technique.
  • the openings 35a 35b expose the first connection electrode 25w and the second connection electrode 33w, respectively.
  • first and second lead electrodes 37a and 37b are formed.
  • the first and second lead electrodes 37a and 37b are electrically connected to the first and second connection electrodes 25w and 33w exposed by the openings 35a 35b of the protective layer 35, respectively.
  • the first and second lead electrodes 37a and 37b may be formed using, for example, a plating technique.
  • the first and second lead electrodes 37a 37b may be electrically connected to an external power source or an actuator module, and accordingly, a voltage may be applied to the electrochromic laminate 30.
  • a protective film 39 may be formed on the protective layer 35.
  • the protective film 39 may be formed on the protective layer 35 by using, for example, a lamination process to protect the first and second lead electrodes 37a and 37b.
  • the protective film 39 may cover the entire upper surface of the protective layer 35, but is not limited thereto.
  • the protective film 39 may be limited to cover and protect the first and second lead electrodes 37a and 37b.
  • Dicing can be performed using a blade or a laser.
  • dicing may be performed after attaching the protective film 39. In another embodiment, dicing may be performed first before attaching the protective film 39. In this case, the protective film 39 may be individually formed on each protective layer 35 divided by dicing.
  • division by dicing is performed when the size of the substrate 11 is larger than the size of the electrochromic element 30 required, and the size of the substrate 11 and the electrochromic element 30 are similar , The dicing process is omitted.
  • an operation module (200 in FIG. 3) may be connected to drive each electrochromic element 100.
  • an electrochromic system 1000 capable of performing electrochromism by applying a voltage is formed.
  • the electrochromic device 100 of the present embodiments may be used as a smart window of a building.
  • the electrochromic device 100 of the present embodiments may be used by attaching it to a glass window of an existing building.
  • FIG. 12 is a schematic plan view illustrating an application of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrochromic device 100 may be attached to an existing glass window and used, for example.
  • Existing glass windows generally include a window frame 300 and glass held by the window frame.
  • the electrochromic device 100 of the present invention is flexible, it can be easily attached to and used in existing glass. Therefore, the electrochromic device 100 can be used without removing the glass window in an existing building.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view for explaining an application of an electrochromic device according to another embodiment of the present invention.
  • the electrochromic device 100 of the present exemplary embodiment may be used by being attached to a curved glass product 310a.
  • the electrochromic device 100 of this embodiment can be particularly usefully applied.
  • FIG. 14 is a schematic plan view illustrating an application of an electrochromic device according to another embodiment of the present invention.
  • the electrochromic element 100 may be provided in the form of a roller blind supported by a roller 500 instead of being attached to and used on glass.
  • the electrochromic element 100 may freely adjust the area covering the window by the rotation of the roller 500. Accordingly, by using a roller blind using the electrochromic element 100, an area requiring electrochromic discoloration on the window can be freely changed, and contact points inside and outside the building can be maintained.
  • roller blind will be described, but it is not limited to a roller blind, and may be provided in the form of various types of blinds, curtains or shades.
  • Electrochromic devices including a solid substrate such as a conventional glass substrate could not be used by attaching to a glass window of a conventional building.
  • the existing glass window must be removed and the electrochromic element must be reinstalled.
  • installation cost is simple and inexpensive.
  • the flexible electrochromic device may be applied to glasses for vision correction, augmented reality smart glasses, or information smart glasses for information display. That is, the electrochromic element may be applied to eyeglasses for vision correction and used as sunglasses, and may be applied to augmented reality smart glasses or information smart glasses to perform a light shutter function.

Abstract

일 실시예에 따른 플렉서블 전기 변색 소자는, 플렉서블 베이스 필름; 상기 베이스 필름 상에 배치된 제1 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치된 전기 변색 적층체; 상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호층(passivation coating layer)을 포함하고, 상기 전기 변색 적층체는, 전기 변색층; 카운터 전극층; 및 상기 전기 변색층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치된 이온 전도층을 포함한다.

Description

플렉서블 전기 변색 소자 및 그것을 제조하는 방법
본 발명은 전기 변색 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 플렉서블 전기 변색 소자 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
주거용이나 사무용을 비롯하여 건축물은 일반적으로 창문을 포함한다. 창문 재료로는 일반적으로 유리가 사용된다. 그런데 유리는 햇빛을 통한 복사열을 차단하는데 취약하여 여름에 열을 차단하지 못하며, 또한, 열전도율이 높아 겨울에 실내의 열이 외부로 빠져나가는 것을 막지 못한다. 즉, 유리 창문은 건축물의 열 효율을 떨어뜨리는 주요 요인이다. 따라서 건축물의 에너지 절감을 위해서는 유리 창문을 통한 열의 유입 및 유출을 제어할 필요가 있다.
더욱이, 건축물의 에너지 절감 및 환경오염 감소 등을 위해 각국에서는 녹색 건축 인증제를 실시하고 있다. LEED(leadership in energy and environmental design)는 국제적으로 인정받는 녹색 건축물 인증제이다. 녹색 건축물로 인정되면, 건축 기준 완화, 각종 세금의 경감 혜택 등이 주어진다.
유리 창문을 통한 열의 유출입을 제어하기 위해 필요에 따라 빛을 통과시키거나 차단하는 스마트 윈도우가 개발되고 있다. 전기 변색 소자는 예를 들어 PDLC(polymer-dispersed liquid crystal) 또는 SPD(suspended particle display)와 대비하여 소비 전력이 낮으며, 적은 비용으로 넓은 면적의 소자를 제작할 수 있는 장점이 있어 스마트 윈도우에 특히 적합하다.
전기 변색 소자는 전기 변색 물질이 전기화학적으로 산화 또는 환원 반응을 일으킬 때 나타나는 가역적인 색 변화를 이용하는 소자이다. 전기 변색 소자는 건축용 스마트 윈도우뿐만 아니라, 자동차용 미러(리어 미러, 사이드 미러 등), 자동차용 선루프 또는 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
전기 변색 소자는 일반적으로 투명 전극층들 사이에 배치된 카운터 전극층, 이온 전도층 및 전기 변색층을 포함한다. 카운터 전극층으로부터 이온 전도층을 통해 전기 변색층으로 이온이 공급되어 전기 변색이 발생한다.
이온 전도층으로는 겔타입 고분자 전해질 또는 폴리머가 사용될 수 있다. 그러나 겔타입 고분자 전해질이나 폴리머는 디스펜서를 이용하여 형성되므로, 넓은 면적에 걸쳐 균일한 두께의 이온 전도층을 형성하기 어렵고, 또한, 겔타입 고분자 전해질이 중력에 의해 아래로 흐르기 때문에, 장시간 사용하기 어렵다.
한편, 전기 변색 소자의 각 층들은 서로 다른 기술을 사용하여 기판 상에 적층된다. 이에 따라, 각 층들을 형성하는데 많은 시간이 소요된다. 또한, 전기 변색 소자는 두 개의 글래스 기판을 씰링 기술을 이용하여 접합하는데, 씰링 이외에 소자를 보호할 수단이 없으므로, 외부 환경 특히 수분에 의해 손상 받기 쉽다. 더욱이, 글래스 기판을 사용함에 따라 유연한 전기 변색 소자를 제공할 수 없다. 이에 따라, 기존의 유리 창문에 전기 변색 소자를 적용할 경우, 기존의 유리창을 모두 제거해야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 스마트 윈도우에 적합한 플렉서블 전기 변색 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 안경과 같이 곡률을 가지는 기판에 적용하기에 적합한 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 비용을 절감하면서도 공정성 및 신뢰성이 우수한 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전력 소모가 적은 전기 변색 소자 및 그것을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전기 변색 효율이 개선된 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전기 변색 소자는, 플렉서블 베이스 필름; 상기 베이스 필름 상에 배치된 제1 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치된 전기 변색 적층체; 상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호층(passivation coating layer), 상기 제1 투명 전극층 상에 형성된 제1 접속 전극; 및 상기 제2 투명 전극층 상에 형성된 제2 접속 전극을 포함하고, 상기 전기 변색 적층체는, 전기 변색층; 카운터 전극층; 및 상기 전기 변색층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치된 이온 전도층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 제1 접속 전극 및 제2 접속 전극을 덮되, 상기 제1 및 제2 접속 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법은, 기판 상에 기판 커버 필름을 형성하고, 상기 기판 커버 필름 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 제1 투명 전극층을 증착하고, 상기 제1 투명 전극층 상에 전기 변색층을 증착하고, 상기 전기 변색층 상에 이온 전도층을 증착하고, 상기 이온 전도층 상에 카운터 전극층을 증착하고, 상기 카운터 전극층 상에 제2 투명 전극층을 증착하고, 상기 제2 투명 전극층 상에 보호층을 증착하고, 상기 기판 커버 필름으로부터 상기 기판을 제거하고, 상기 기판 커버 필름에 베이스 필름을 부착하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 플렉서블 전기 변색 소자를 제공함으로써 다양한 형상의 전기 변색 소자를 제공할 수 있으며, 나아가, 기존의 건축물의 유리창문을 제거할 필요 없이 전기 변색 소자를 설치할 수 있다. 본 발명의 다른 장점 및 효과에 대해서는 이하에서 설명되는 상세한 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 설명하기 위해 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 시스템을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 응용을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 응용을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 응용을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전기 변색 소자는, 플렉서블 베이스 필름; 상기 베이스 필름 상에 배치된 제1 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치된 전기 변색 적층체; 상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호층(passivation coating layer), 상기 제1 투명 전극층 상에 형성된 제1 접속 전극; 및 상기 제2 투명 전극층 상에 형성된 제2 접속 전극을 포함하고, 상기 전기 변색 적층체는, 전기 변색층; 카운터 전극층; 및 상기 전기 변색층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치된 이온 전도층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 제1 접속 전극 및 제2 접속 전극을 덮되, 상기 제1 및 제2 접속 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는다.
플렉서블 베이스 필름과 함께 보호층을 채택함으로써 스마트 윈도우에 적합한 플렉서블 전기 변색 소자를 제공할 수 있다. 특히, 보호층을 채택함으로써, 제2 투명 전극층 상에 기판을 접합할 필요가 없으며, 이에 따라, 전기 변색 소자의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 나아가, 외부 환경으로부터 전기 변색 적층체를 보호하기에 적합한 보호층을 채택하여 전기 변색 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 제1 접속 전극 및 제2 접속 전극을 채택함으로써 제1 투명 전극층 및 제2 투명 전극층의 넓은 영역에 걸쳐 전류를 쉽게 분산시킬 수 있다.
상기 베이스 필름은 폴리머 계열의 투명 필름일 수 있다.
또한, 상기 보호층은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 산화막 또는 폴리머 계열의 물질, 예를 들어 폴리이미드를 포함할 수 있다.
한편, 상기 플렉서블 전기 변색 소자는 상기 베이스 필름과 상기 제1 투명 전극층 사이에 배치된 폴리머 계열의 기판 커버 필름을 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 플렉서블 전기 변색 소자는 상기 기판 커버 필름과 상기 제1 투명 전극층 사이에 배치된 버퍼층을 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼층은 산화물층, 질화물층 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 버퍼층은 기판 커버 필름으로부터 전기 변색 적층체로 이물질이 확산되는 것을 차단한다.
상기 플렉서블 전기 변색 소자는 상기 보호층의 개구부들을 통해 상기 제1 접속 전극 및 제2 접속 전극에 각각 연결된 리드 전극들을 더 포함할 수 있다.
상기 리드 전극들은 외부 전원 또는 배터리 등의 내부 전원을 상기 제1 및 제2 투명 전극층들에 전기적으로 접속시켜 제1 투명 전극층과 제2 투명 전극층 사이에 전압이 인가되도록 한다.
상기 플렉서블 전기 변색 소자는 또한 상기 보호층 상에 배치되어 상기 리드 전극들을 덮는 보호 필름을 더 포함할 수 있다.
제1 투명 전극층과 제2 투명 전극층에 전압이 인가되면, 카운터 전극층과 전기 변색층 사이에서 이온 전도층을 통해 전하가 이동하며, 이에 따라, 전기 변색이 발생한다. 전기 변색층과 카운터 전극층은 각각 환원 반응 및 산화 반응, 또는 산화 반응과 환원 반응에 의해 전기 변색을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전기 변색층이 환원 반응을 하면, 카운터 전극층은 산화 반응을 하며, 그 역으로 될 수도 있다.
전기 변색층으로 사용되는 재료로는 예를 들어, WO 3, NiO, NiWO, NIWNbO, MoO 3, Nb 2O 5, TiO 2, CuO, Ir 2O 3, Cr 2O 3, MnO 2, Mn 2O 3, V 2O 5, Ni 2O 3, Co 2O 3, SiO 2, Ta 2O 5, ZrO 2, 또는 CeO 2 등을 들 수 있다. 카운터 전극층으로 사용되는 재료로는 예를 들어, WO 3, NiO, NiWO, NiWNBO, MoO 3, Nb 2O 5, TiO 2, CuO, Ir 2O 3, Cr 2O 3, MnO 2, Mn 2O 3, V 2O 5, Ni 2O 3, Co 2O 3, SiO 2, Ta 2O 5, ZrO 2, 또는 CeO 2 등을 들 수 있다. 여기서, 각 재료의 화학 양론비가 기재되지만, 비화학 양론비의 재료를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
한편, 상기 이온 전도층은 전기 변색층으로 이동하는 이온을 포함한다. 상기 이온은 예를 들어, H+, Li+, D+, 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 포함할 수 있다. 특히, 상기 이온 전도층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함할 수 있다. 이온 전도층은 예를 들어, 수소 이온을 함유하는 LiWOx로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 카운터 전극층 또는 상기 전기 변색층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함할 수 있다.
한편, 상기 플렉서블 전기 변색 소자는 상기 베이스 필름에 부착된 접착 필름을 더 포함할 수 있다. 접착 필름을 이용하여 상기 변색 소자를 다양한 형태의 유리 창문에 부착할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법은, 기판 상에 기판 커버 필름을 형성하고, 상기 기판 커버 필름 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 제1 투명 전극층을 증착하고, 상기 제1 투명 전극층 상에 전기 변색층을 증착하고, 상기 전기 변색층 상에 이온 전도층을 증착하고, 상기 이온 전도층 상에 카운터 전극층을 증착하고, 상기 카운터 전극층 상에 제2 투명 전극층을 증착하고, 상기 제2 투명 전극층 상에 보호층을 증착하고, 상기 기판 커버 필름으로부터 상기 기판을 제거하고, 상기 기판 커버 필름에 베이스 필름을 부착하는 것을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전기 변색층, 상기 이온 전도층, 상기 카운터 전극층, 상기 제2 투명 전극층 및 상기 보호층은 인-라인 스퍼터링 증착 장비를 이용하여 인-시투로 증착될 수 있다.
한편, 전기 변색 소자 제조 방법은 상기 제1 투명 전극층을 증착하기 전에 상기 기판 상에 기판 커버 필름을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 산화물층, 질화물층 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자(100)를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기 변색 소자(100)는 베이스 필름(51), 접착 필름(53), 기판 커버 필름(21), 버퍼층(23), 제1 투명 전극층(25), 전기 변색 적층체(30), 제2 투명 전극층(33), 보호층(35), 제1 접속 전극(25w), 제2 접속 전극(33w), 리드 전극들(37a, 37b), 및 보호 필름(39)을 포함할 수 있다. 전기 변색 적층체(30)는 전기 변색층(27), 이온 전도층(29) 및 카운터 전극층(31)을 포함할 수 있다.
베이스 필름(51)은 전기 변색 적층체(30)를 지지한다. 베이스 필름(51)은 플렉서블 폴리머 필름일 수 있다. 예를 들어, 베이스 필름(51)은 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 아릴 디글리콜 카보네이트(ADC), 트라이벡스(Trivex), 아크릴릭(Acrylic), 폴리카보네이트(PC), 에피설파이드(Episulfide) 등의 투명 폴리머로 형성될 수 있다.
접착 필름(53)은 베이스 필름(51)의 하면에 배치될 수 있다. 접착 필름(53)은 전기 변색 소자(53)를 유리 창문 등에 부착하기 위해 사용될 수 있으나, 생략될 수도 있다. 접착 필름(53)은 투명 접착제를 이용하여 형성될 수 있다.
기판 커버 필름(21)은 베이스 필름(53)에 부착될 수 있다. 기판 커버 필름(21) 또한, PI, PET, PEN 등과 같은 투명 폴리머로 형성될 수 있다.
버퍼층(23)은 기판 커버 필름(21)과 전기 변색 적층체(30) 사이에 배치되어 기판 커버 필름(21)으로부터 전기 변색 적층체(30)를 보호한다. 버퍼층(23)은 폴리머 계열의 기판 커버 필름(21)으로부터 이물질이 전기 변색 적층체(30)로 확산되는 것을 차단한다. 버퍼층(23)은 예를 들어, SiOx, AlOx 등의 산화물층, SiNx 등의 질화물층 또는 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 버퍼층(23)은 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착 기술 등 진공 기반의 증착 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 투명 전극층(25)은 투명 전도성 산화막으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 인디움주석 산화막(ITO)으로 형성될 수 있다. 제1 투명 전극층(25)은 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착 기술 등 진공 기반의 증착 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 투명 전극층(25)은 예를 들어 스퍼터링 장치를 이용하여 버퍼층(23) 상에 증착될 수 있으며, 증착 후 히터에 의해 열처리될 수 있다. 제1 투명 전극층(25)은 예컨대, 500 내지 5000Å의 두께로 증착될 수 있다.
전기 변색 적층체(30)는 제1 투명 전극층(25) 상에 배치된다. 전기 변색 적층체(30)는 제1 투명 전극층(25)을 노출시키도록 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 변색 적층체(30)의 가장자리를 따라 제1 투명 전극층(25)이 노출될 수 있다.
전기 변색층(27)은 산화 또는 환원 반응에 의해 무색층에서 유색층으로 변환된다. 이러한 전기 변색 특성을 갖는 재료로는, 예를 들어, WO 3, NiO, NiWO, NIWNbO, MoO 3, Nb 2O 5, TiO 2, CuO, Ir 2O 3, Cr 2O 3, MnO 2, Mn 2O 3, V 2O 5, Ni 2O 3, Co 2O 3, SiO 2, Ta 2O 5, ZrO 2, 또는 CeO 2 등을 들 수 있다. 여기서, 각 재료의 화학 양론비가 기재되지만, 비화학 양론비의 재료를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
전기 변색층(27)은 제1 투명 전극층(25) 상에 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착 기술 등의 진공 기반 증착 기술, 예컨대, 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 전기 변색층(27)은 예를 들어 1000 내지 10000Å의 두께로 증착될 수 있다. 스퍼터링 기술을 이용하여 전기 변색층(27)을 증착하는 동안, 캐리어 가스, 예컨대, Ar과 함께 H 2 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라, 전기 변색층(27) 내에 수소 이온이 도입될 수 있다. 나아가, 전기 변색층(27)의 표면에 이동 이온으로 사용하는 재료의 층, 예를 들어, Li층이 추가될 수 있다.
한편, 이온 전도층(29)은 전기 변색 적층체(30)의 양단에 전압이 인가될 때 전기 변색층(27)과 카운터 전극층(31) 사이에서 이온을 전도하는 층이다. 이온 전도층(29)은 이동 이온을 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 상기 이동 이온은 예를 들어, H+, Li+, D+, 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 포함할 수 있다. 이온 전도층(29)은 예를 들어, LiWOx, 예컨대, Li2WO4로 형성될 수 있으며, 나아가, 수소 이온을 포함할 수 있다.
이온 전도층(29)은 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착 기술 등의 진공 기반 증착 기술, 예컨대 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 이온 전도층(29)은 예컨대 300 내지 3000Å의 두께로 형성될 수 있다. 스퍼터링 기술을 이용하여 이온 전도층(29)을 증착하는 동안, 캐리어 가스, 예컨대, Ar과 함께 H 2 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라, 이온 전도층(29) 내에 수소 이온이 도입될 수 있다. Ar과 H 2 가스의 유량비(Ar/H 2)는 90/10 ~ 98/2 범위 내일 수 있다.
카운터 전극층(31)은 산화 또는 환원 반응에 의해 무색층에서 유색층으로 변환된다. 카운터 전극층(31)은 전기 변색층(27)의 반응과 반대되는 반응을 통해 전기 변색 특성을 갖는다. 카운터 전극층(31)으로 사용되는 재료로는 예를 들어, WO 3, NiO, NiWO, NIWNbO, MoO 3, Nb 2O 5, TiO 2, CuO, Ir 2O 3, Cr 2O 3, MnO 2, Mn 2O 3, V 2O 5, Ni 2O 3, Co 2O 3, SiO 2, Ta 2O 5, ZrO 2, 또는 CeO 2 등을 들 수 있다. 여기서, 각 재료의 화학 양론비가 기재되지만, 비화학 양론비의 재료를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
카운터 전극층(31)은 이온 전도층(29) 상에 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착 기술 등의 진공 기반 증착 기술, 예컨대, 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 카운터 전극층(31)은 예컨대 약 500 내지 5000Å의 두께로 증착될 수 있다. 카운터 전극층(31)을 증착할 때, 타겟에 가해지는 전압에 더해 기판(21) 측에 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 기판(21) 측에 바이어스 전압을 인가함으로써 고밀도의 카운터 전극층(31)을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 카운터 전극층 내의 핀홀을 감소시킬 수 있다.
한편, 카운터 전극층(31) 내의 핀홀은 전기 변색 소자의 메모리 효과를 감소시킨다. 따라서, 카운터 전극층(31)을 고밀도로 증착하여 핀홀을 감소시킴으로써 전기 변색 소자의 메모리 효과를 개선할 수 있다. 나아가, 카운터 전극층(31) 내의 핀홀을 감소시키기 위해 상대적으로 고온에서 카운터 전극층(31)을 증착할 수도 있고, 카운터 전극층(31)을 증착한 후, 약 100 내지 300℃의 온도에서 열처리를 수행할 수도 있다.
스퍼터링 기술을 이용하여 카운터 전극층(31)을 증착하는 동안, 캐리어 가스, 예컨대, Ar과 함께 H 2 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라, 카운터 전극층(31) 내에 수소 이온이 도입될 수 있다. 수소 이온의 도입은 전기 변색 효율을 향상시킨다.
나아가, 카운터 전극층(31) 증착시에 이동 이온으로 사용하는 재료의 층, 예를 들어, Li층이 추가될 수 있다. 또한, 카운터 전극층(31)의 표면에 이동 이온으로 사용하는 재료의 층, 예를 들어, Li층이 추가될 수 있다. Li층은 Li 이온을 공급하여 전기 변색 소자의 수명을 증가시킨다.
제2 투명 전극층(33)은 전기 변색 적층체(30) 상에 배치될 수 있다. 제2 투명 전극층(33)은 투명 전도성 산화막으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 인디움주석 산화막(ITO), 또는 인디움갈륨아연 산화막(IGZO)으로 형성될 수 있다. 제2 투명 전극층(33)은 물리 기상 증착 또는 화학 기상 증착 기술 등의 진공 기반 증착 기술, 예컨대 스퍼터링 기술을 이용하여 카운터 전극층(31) 상에 증착될 있으며, 히터에 의해 열처리될 수 있다. 제2 투명 전극층(33)은 예컨대, 500 내지 5000Å의 두께로 증착될 수 있다.
제1 접속 전극(25w)은 제1 투명 전극층(25) 상에 배치될 수 있다. 제1 접속 전극(25w)은 제1 투명 전극층(25) 내의 전류 분산을 돕는다. 일 실시예에 있어서, 제1 접속 전극(25w)은 전기 변색 적층체(30)의 둘레를 따라 제1 투명 전극층(25) 상에 링 형태로 배치될 수 있다. 그러나 제1 접속 전극(25w)의 형상이 링에 제한되는 것은 아니다.
제2 접속 전극(33w)은 제2 투명 전극층(33) 상에 배치된다. 제2 접속 전극(33w)은 제2 투명 전극층(33) 내의 전류 분산을 돕는다. 일 실시예에 있어서, 제2 접속 전극(33w)은 제2 투명 전극층(33)의 가장자리를 따라 링 형태로 배치될 수 있다. 그러나 제1 접속 전극(25w)의 형상이 링에 제한되는 것은 아니다.
보호층(35)은 외부 환경으로부터 전기 변색 소자를 보호한다. 보호층(35)은 수분으로부터 전기 변색 적층체를 보호하며, 나아가, 스크래칭 등과 같은 결함 발생을 방지하도록 외부의 물리적인 힘으로부터 전기 변색 소자를 보호한다.
보호층(35)은 전기 변색 적층체(30)를 덮으며, 나아가 제1 투명 전극층(25), 제1 접속 전극(25w) 및 제2 접속 전극(33w)을 덮을 수 있다. 보호층(35)은 제2 투명 전극층(33) 상에 물리 기상 증착, 화학 기상 증착 기술 또는 원자층 증착 기술 등의 진공 기반 증착 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 보호층(35)은 예를 들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막 중 적어도 하나의 산화막 또는 폴리이미드를 포함할 수 있다.
보호층(35)은 단일층으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층으로 형성될 수도 있다. 보호층(35)을 채택함으로써 종래의 글래스 기판을 생략할 수 있어 제품의 무게를 감소시킬 수 있으며, 또한, 글래스 기판의 접합 공정을 생략할 수 있어 생산성이 향상되며 제조 비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 보호층(35)은 증착 공정 이외의 별도의 경화 공정을 필요로 하는 경화성 수지를 포함하지 않을 수 있으며, 따라서 현재 액정 디스플레이 생산 공정에 사용되는 양산 공정을 사용할 수 있어 제품 대형화에 적합하다. 나아가, 글래스 기판 대신 상대적으로 얇은 보호층(35)을 사용함으로써 유연한 전기 변색 소자를 제공할 수 있다.
보호층(35)은 제1 접속 전극(25w) 및 제2 접속 전극(33w)을 노출시키는 개구부들(도 9의 35a, 35b 참조)을 가질 수 있다.
한편, 보호층(35)의 개구부들을 통해 리드 전극들(37a, 37b)이 제1 접속 전극(25w) 및 제2 접속 전극(33w)에 접속될 수 있다. 리드 전극들(37a, 37b)은 외부 전원 또는 내부 전원을 제1 접속 전극(25w) 및 제2 접속 전극(33w)에 연결한다.
보호 필름(39)은 리드 전극들(37a, 37b)을 덮어 보호한다. 보호 필름(39)은 보호층(35) 상에 배치될 수 있다. 보호 필름(39)이 보호층(35)의 상면 전체를 덮을 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 리드 전극들(37a, 37b)을 덮도록 보호층(35)의 일부 영역 상에 배치될 수도 있다.
본 실시예에 따른 전기 변색 소자(100)는 리드 전극들(37a, 37b)을 통해 제1 투명 전극층(25)과 제2 투명 전극층(33)에 전압이 인가된다. 전압이 인가되면, 카운터 전극층(31)과 전기 변색층(27) 사이에서 이온 전도층(29)을 통해 전하, 특히, 이온이 이동하며, 이에 따라, 전기 변색이 발생한다. 전기 변색층(27)과 카운터 전극층(31)은 각각 환원 반응 및 산화 반응, 또는 산화 반응과 환원 반응에 의해 전기 변색을 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 시스템(1000)을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 전기 변색 시스템(1000)은 전기 변색 소자(100)와 전기 변색 소자를 동작시키기 위한 작동 모듈(200)을 포함할 수 있다.
전기 변색 소자(100)는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 투명 전극층(25) 및 제2 투명 전극층(33) 사이에 전기 변색 적층체(30)를 포함하며, 제1 투명 전극층(25) 및 제2 투명 전극층(33)에 전력을 공급하기 위한 리드 전극들(37a, 37b)을 포함한다. 리드 전극들(37a, 37b)은 커넥터를 이용하여 구동 모듈(200)에 전기적으로 접속될 수 있다.
구동 모듈(200)은 파워 서플라이(210), 컨트롤러(220), 스위칭 시스템(230) 및 네트워킹 시스템(240)을 포함할 수 있다. 파워 서플라이(210)는 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 전기 변색 소자(100)에 전력을 공급하거나, 또는 내부 전원을 이용하여 전기 변색 소자(100)에 전력을 공급할 수 있다.
컨트롤러(220)는 외부 신호 또는 메모리 등에 저장된 프로그램에 따라 전기 변색 소자(100)의 구동을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(220)는 네트워킹 시스템(240)을 통해 전송된 신호를 수신하여 스위칭 시스템(230)을 제어할 수 있다.
컨트롤러(220)는 특히 전기 변색 소자(100)의 메모리 효과를 고려하여 최적의 on/off 전압과 신호 간격으로 전기 변색 소자(100)를 제어할 수 있다.
스위칭 시스템(230)은 전기 변색 소자(100)에 공급되는 전류를 연결(on)하거나 차단(off)한다. 스위칭 시스템(230)은 또한 디밍 장치를 포함할 수 있으며, 디밍 장치를 이용하여 전기 변색 소자(100)의 전기 변색 정도를 조절할 수 있다.
한편, 네트워킹 시스템(240)은 리모트 컨트롤러, 모바일 앱, PC 또는 서버 등을 통해 신호를 전달받을 수 있으며, 컨트롤러(220)는 입력 신호에 따라 전기 변색 소자(100)를 구동할 수 있다. 또한, 컨트롤러(220)는 PC나 서버에 내장될 수도 있으며, 유선 또는 무선으로 전기 변색 소자(100)를 구동할 수 있다.
네트워킹 시스템(240)은 또한 스마트 빌딩과 같은 다수의 스마트 윈도우를 동시에 제어하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 스마트 윈도우는 전기 변색 소자(100)로 구성될 수 있다. 컨트롤러(220)는 네트워킹 시스템(240)을 이용하여 다수의 전기 변색 소자들(100)을 동시에 온/오프하거나 프로그램에 따라 각각의 전기 변색 소자(100)를 온/오프할 수 있다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
우선, 도 4를 참조하면, 기판(11) 상에 기판 커버 필름(21)이 형성된다. 기판(11)은 전기 변색 적층체(30)를 형성하기 위한 기판으로, 예컨대, 유리 기판일 수 있다. 기판 커버 필름(21)은 플렉서블 투명 필름으로 형성될 수 있다. 기판 커버 필름(21)은 예를 들어, 슬롯 다이 코팅이나 디스펜스를 이용하여 도포될 수 있으며, 열 처리 또는 자외선 처리 등을 통해 경화될 수 있다.
기판 커버 필름(21) 상에 버퍼층(23), 제1 투명 전극층(25), 전기 변색 적층체(30) 및 제2 투명 전극층(33)이 차례로 형성된다. 이들 층들은 화학 기상 증착 또는 물리 기상 증착 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 이들 층들은 일련의 스퍼터링 증착 장치들 및 열처리 장치를 포함하는 인-라인 스퍼터링 장치를 이용하여 연속적으로 증착 및 열처리될 수 있다.
예를 들어, 인-라인 스퍼터링 장치는 스테이지 상에서 이동하는 캐리어, 각 층들을 증착하기 위한 복수의 타겟 및 적어도 하나의 히터를 포함할 수 있다.
기판(11)은 캐리어 상에 장착되어 스테이지 상의 이동 수단을 통해 이동하여 타겟이 배치된 챔버 내에 진입한다. 일련의 타겟들 및 히터가 인-라인으로 배치되며, 캐리어에 의해 이동된 기판(11) 상에 전기 변색층(27), 이온 전도층(29) 및 카운터 전극층(31)이 차례로 스퍼터링에 의해 증착될 수 있으며, 나아가, 제1 투명 전극층(25) 및 제2 투명 전극층(33) 또한 전기 변색 적층체(30)와 함께 연속적으로 형성될 수 있다. 즉, 하나의 타겟에서 스퍼터링 증착이 완료되면, 기판(21)은 캐리어(51)에 의해 다음 공정의 타겟이 있는 챔버로 이동하여 다음의 증착 공정이 연속적으로 수행된다. 따라서, 인-라인 스퍼터링 장치는 진공 브레이킹 없이 인-시투로 박막들을 증착할 수 있다. 히터는 증착된 층의 열처리를 위해 인-라인 스퍼터링 장치의 마직막 챔버 또는 타겟과 타겟 사이의 챔버 내에 배치될 수도 있고, 타겟과 함께 챔버 내에 배치될 수도 있다.
한편, 전기 변색층(27)을 증착하는 동안, 캐리어 가스와 함께 H 2 가스가 도입될 수 있다. H 2 가스는 H+ 이온을 제공하기 위해 도입될 수 있다.
이온 전도층(29)을 형성하기 위한 타겟은 이온 전도층(29)과 동일 재료일 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이온 전도층(29)은 LiWOx일 수 있으며, 이온 전도층(29)을 형성하기 위한 타겟은 Li 또는 Li 2WO 4 타겟일 수 있다. 전기 변색층(27)이 텅스텐 산화막인 경우, 전기 변색층(27)의 표면에 얇은 층의 Li층이 증착되어 LiWOx의 이온 전도층(29)이 형성될 수 있다.
이온 전도층(29)이 증착된 후, 기판(21)은 카운터 전극층(31)을 증착하기 위해 타겟이 있는 챔버로 이동한다. 카운터 전극층(31)을 증착하기 위한 타겟은 카운터 전극층(31)과 동일한 물질을 포함할 수도 있고, 카운터 전극층(31)의 금속 물질일 수도 있다. 예를 들어, 카운터 전극층(31)을 형성하기 위해 Ni 타겟이 사용될 수 있으며, 이온 전도층(29) 상에 Ni층을 증착하고, 이를 산화시켜 NiO와 같은 카운터 전극층(31)을 형성할 수 있다.
카운터 전극층(31)은 다른 층들에 비해 상대적으로 더 높은 온도에서 증착될 수 있다. 또한, 카운터 전극층(31)을 증착하는 동안 기판(21)에 바이어스 전압이 추가될 수 있다. 이에 따라, 카운터 전극층(31) 내 핀홀을 줄일 수 있으며, 따라서, 전기 변색 소자(100)의 메모리 효과를 개선할 수 있다.
한편, 카운터 전극층(31)의 내부 또는 표면에 Li층이 추가될 수 있다. Li층을 카운터 전극층(31)의 내부에 형성하기 위해, 카운터 전극층(31)을 추가로 증착하기 위한 타겟이 Li 타겟 다음에 배치될 수 있다.
한편, 제2 투명 전극층(33)이 증착된 후, 기판(21)에 대해 열처리가 수행될 수 있으며, 이를 위해, 히터가 이용될 수 있다. 히터는 또한 카운터 전극층(31)을 증착한 후 열처리를 수행하기 위해 카운터 전극층(31)을 형성하기 위한 타겟과 제2 투명 전극층(33)을 형성하기 위한 타겟 사이에 배치될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 전기 변색층(27), 이온 전도층(29) 또는 카운터 전극층(31)을 증착하는 동안 캐리어 가스와 함께 수소 가스를 공급할 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 적층체(30)에 수소 이온을 도입할 수 있다. 수소 이온은 Li 이온과 같은 금속 이동 이온과 함께 전기 변색을 유발하므로 전기 변색 효율을 개선한다.
인-라인 스퍼터링 장치를 이용하여 전기 변색 적층체 및 투명 전극층을 증착하는 공정은 2019년 8월 13일자 출원된 대한민국 특허 출원번호 제10-2019-0098790호에 상세하게 기재되어 있으며, 그 전체 내용이 참조될 수 있으며, 본원에 통합될 수 있다.
도 5를 참조하면, 전기 변색 적층체(30) 및 제2 투명 전극층(33)이 제1 투명 전극층(25) 상에서 스크라이빙 라인(SL)에 의해 복수의 영역으로 분할된다. 전기 변색 적층체(30) 및 제2 투명 전극층(33)은 예를 들어, 기계방식 스크라이빙, 레이저 스크라이빙과 같은 스크라이빙 기술을 이용하여 복수의 영역으로 분할될 수 있다.
각각의 영역은 평면도에서 보았을 때 사각형 형상을 가질 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
도 6을 참조하면, 제2 투명 전극층(33) 및 전기 변색 적층체(30)를 통해 노출된 제1 투명 전극층(25) 상에 제1 접속 전극(25w)이 형성되고, 각 영역 내의 제2 투명 전극층(33) 상에 제2 접속 전극(33w)이 형성된다.
일 실시예에 있어서, 제1 접속 전극(25w)은 전기 변색 적층체(30)의 주위를 둘러싸는 링 형태로 형성될 수 있으며, 제2 접속 전극(33w)은 제2 투명 전극층(33) 상에서 링 형태로 형성될 수 있다.
제1 접속 전극(25w) 및 제2 접속 전극(33w)은 예를 들어 리프트 오프 공정 또는 스크린 프린트 공정 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 제1 및 제2 투명 전극층들(25, 33)에 전압을 인가하기 위한 전도성 물질, 예컨대 금속 물질 또는 전도성 페이스트 등으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 전기 변색 적층체(30)를 복수의 영역으로 분할한 후 제1 및 제2 접속 전극들(25w, 33w)을 형성하는 것을 설명하지만, 그 순서는 바뀔 수도 있다. 즉, 제1 및 제2 접속 전극들(25w, 33w)을 먼저 형성하고, 전기 변색 적층체(30)를 복수의 영역으로 분할할 수도 있다.
도 7을 참조하면, 제1 투명 전극층(25), 제2 투명 전극층(33), 제1 및 제2 접속 전극들(25w, 33w)을 덮는 보호층(35)이 형성된다. 보호층(35)은 전기 변색 적층체(30)를 수분이나 스크래치와 같은 외부 환경으로부터 보호한다.
보호층(35)은 예를 들어, 예를 들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막 중 적어도 하나의 산화막 또는 폴리이미드로 형성될 수 있으며, 물리 기상 증착, 화학 증착 기술, 원자층 증착 기술 등의 코팅 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
한편, 기판(11)은 전기 변색 적층체(30)로부터 제거된다. 기판(11)은 예를 들어, 레이저 리프트 오프 기술을 이용하여 기판 커버 필름(21)으로부터 분리될 수 있다.
도 8을 참조하면, 기판(11)이 제거된 후, 베이스 필름(51)이 부착된다. 베이스 필름(51)은 제1 투명 전극층(25)측에 부착된다. 예를 들어, 베이스 필름(51)은 라미네이션 공정을 이용하여 기판 커버 필름(21)에 부착될 수 있다.
베이스 필름(51)은 플렉서블 폴리머로 형성되어 굽어질 수 있으며(bendable), 말릴 수 있다(rollerable).
글래스와 같이 견고한 기판(11)을 제거하고 베이스 필름(51)을 지지 기판으로 사용함으로써 플렉서블 전기 변색 소자(100)가 제공될 수 있다.
한편, 베이스 필름(51)에 접착 필름(53)이 형성될 수 있다. 접착 필름(53)은 전기 변색 소자를 유리 창문 등에 부착하기 위해 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 보호층(35)에 개구부들(35a, 35b)이 형성될 수 있다. 개구부들(35a 35b)은 예를 들어 사진 및 식각 기술 또는 스크라이빙 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 개구부들(35a 35b)은 각각 제1 접속 전극(25w) 및 제2 접속 전극(33w)을 노출시킨다.
도 10을 참조하면, 제1 및 제2 리드 전극들(37a, 37b)이 형성된다. 제1 및 제2 리드 전극들(37a, 37b)은 각각 보호층(35)의 개구부들(35a 35b)에 의해 노출된 제1 및 제2 접속 전극들(25w, 33w)에 전기적으로 연결된다. 제1 및 제2 리드 전극들(37a, 37b)은 예를 들어 도금 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 및 제2 리드 전극들(37a 37b)은 외부 전원 또는 작동기 모듈에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라, 전기 변색 적층체(30)에 전압이 인가될 수 있다.
도 11을 참조하면, 보호층(35) 상에 보호 필름(39)이 형성될 수 있다. 보호 필름(39)은 제1 및 제2 리드 전극들(37a, 37b)을 보호하기 위해 예를 들어 라미네이션 공정을 이용하여 보호층(35) 상에 형성될 수 있다. 보호 필름(39)은 보호층(35)의 상면 전체를 덮을 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 보호 필름(39)은 제1 및 제2 리드 전극들(37a, 37b)을 제한적으로 덮어 보호할 수도 이다.
한편, 다이싱 기술을 이용하여 전기 변색 적층체들(30)의 개별 전기 변색 소자들(100)로 분할될 수 있다. 다이싱은 블레이드를 이용하거나 또는 레이저를 이용하여 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 다이싱은 보호 필름(39)을 부착한 후에 수행될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 다이싱은 보호필름(39)을 부착하기 전에 먼저 수행될 수도 있다. 이 경우, 보호 필름(39)은 다이싱에 의해 분할된 각각의 보호층(35) 상에 개별적으로 형성될 수 있다.
한편, 다이싱에 의한 분할은 기판(11)의 크기가 요구되는 전기 변색 소자(30)의 크기보다 큰 경우에 수행되며, 기판(11)의 크기와 전기 변색 소자(30)의 크기가 유사한 경우, 다이싱 공정은 생략된다.
한편, 개별 전기 변색 소자(100)로 분할된 후, 각 전기 변색 소자(100)를 구동하기 위해 작동 모듈(도 3의 200)이 연결될 수 있다.
이에 따라, 전압을 인가하여 전기 변색을 수행할 수 있는 전기 변색 시스템(1000)이 형성된다.
본 실시예들의 전기 변색 소자(100)는 건축물의 스마트 윈도우로 사용될 수 있다. 또한, 본 실시예들의 전기 변색 소자(100)는 기존의 건축물의 유리 창문에 부착하여 사용될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 응용을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 12를 참조하면, 전기 변색 소자(100)는 예를 들어 기존의 유리 창문에 부착되어 사용될 수 있다. 기존의 유리 창문은 일반적으로 창문 프레임(300) 및 창문 프레임에 의해 유지되는 유리를 포함한다.
본 발명의 전기 변색 소자(100)는 유연하므로, 기존의 유리에 쉽게 부착되어 사용될 수 있다. 따라서, 전기 변색 소자(100)는 기존의 건축물에서 유리 창문을 제거하지 않고 사용될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 응용을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예의 전기 변색 소자(100)는 곡면 형태의 유리 제품(310a)에 부착되어 사용될 수 있다. 기존의 건축물에 곡면 형태의 유리창이 사용된 경우에, 본 실시예의 전기 변색 소자(100)는 특히 유용하게 적용될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 응용을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에서 전기 변색 소자(100)는 유리에 부착되어 사용되는 대신, 롤러(500)에 의해 지지되는 롤러 블라인드의 형태로 제공될 수 있다. 전기 변색 소자(100)는 롤러(500)의 회전에 의해 창문을 가리는 영역을 자유롭게 조절할 수 있다. 따라서, 전기 변색 소자(100)를 이용한 롤러 블라인드를 이용하여, 창문 상에서 전기 변색이 필요한 영역을 자유롭게 변경할 수 있으며, 건축물의 내부와 외부의 컨택 포인트를 유지할 수 있다.
본 실시예에서, 롤러 블라인드에 대해 설명하지만, 롤러 블라인드에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 블라인드, 커튼 또는 쉐이드 등의 형태로 제공될 수 있다.
종래의 글래스 기판과 같이 견고한 기판을 포함하는 전기 변색 소자는 기존의 건축물의 유리 창문에 부착하여 사용될 수 없었다. 전기 변색 소자를 사용하기 위해서는 기존의 유리 창문을 제거하고 전기 변색 소자를 다시 설치해야 한다. 이에 반해, 본 실시예들에 따르면, 기존의 유리에 부착하거나 유리 창문에 덧대어 사용할 수 있으므로, 설치 비용이 간편하고 저렴하다.
나아가, 본 실시예에 따른 플렉서블 전기 변색 소자는, 시력 교정용 안경, 증강 현실(Augmented reality) 스마트 글래스, 또는 정보 디스플레이용 정보 스마트 글래스에 적용될 수 있다. 즉, 전기 변색 소자는 시력 교정용 안경에 적용되어 선글라스로 사용될 수 있으며, 증강 현실 스마트 글래스나 정보 스마트 글래스에 적용되어 광-셔터(light shutter) 기능을 수행할 수 있다.
앞에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

Claims (13)

  1. 플렉서블 베이스 필름;
    상기 베이스 필름 상에 배치된 제1 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치된 전기 변색 적층체;
    상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호층(passivation coating layer);
    상기 제1 투명 전극층 상에 형성된 제1 접속 전극; 및
    상기 제2 투명 전극층 상에 형성된 제2 접속 전극을 포함하고,
    상기 전기 변색 적층체는,
    전기 변색층;
    카운터 전극층; 및
    상기 전기 변색층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치된 이온 전도층을 포함하고,
    상기 보호층은 상기 제1 접속 전극 및 제2 접속 전극을 덮되, 상기 제1 및 제2 접속 전극들을 노출시키는 개구부들을 갖는 플렉서블 전기 변색 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 필름은 폴리머 계열의 투명 필름인 플렉서블 전기 변색 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호층은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 산화막 또는 폴리이미드를 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 베이스 필름과 상기 제1 투명 전극층 사이에 배치된 폴리머 계열의 기판 커버 필름을 더 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판 커버 필름과 상기 제1 투명 전극층 사이에 배치된 버퍼층을 더 포함하되,
    상기 버퍼층은 산화물층, 질화물층 또는 비정질 실리콘을 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호층의 개구부들을 통해 상기 제1 접속 전극 및 제2 접속 전극에 각각 연결된 리드 전극들을 더 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 보호층 상에 배치되어 상기 리드 전극들을 덮는 보호 필름을 더 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 전도층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 카운터 전극층 또는 상기 전기 변색층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스 필름에 부착된 접착 필름을 더 포함하는 플렉서블 전기 변색 소자.
  11. 기판 상에 기판 커버 필름을 형성하고,
    상기 기판 커버 필름 상에 버퍼층을 형성하고,
    상기 버퍼층 상에 제1 투명 전극층을 증착하고,
    상기 제1 투명 전극층 상에 전기 변색층을 증착하고,
    상기 전기 변색층 상에 이온 전도층을 증착하고,
    상기 이온 전도층 상에 카운터 전극층을 증착하고,
    상기 카운터 전극층 상에 제2 투명 전극층을 증착하고,
    상기 제2 투명 전극층 상에 보호층을 증착하고,
    상기 기판 커버 필름으로부터 상기 기판을 제거하고,
    상기 기판 커버 필름에 베이스 필름을 부착하는 것을 포함하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전기 변색층, 상기 이온 전도층, 상기 카운터 전극층, 상기 제2 투명 전극층 및 상기 보호층은 인-라인 스퍼터링 증착 장비를 이용하여 인-시투로 증착되는 전기 변색 소자 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 버퍼층은 산화물층, 질화물층 또는 비정질 실리콘을 포함하는 전기 변색 소자 제조 방법.
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