(57)【要約】  本発明は電気変色素子に関し、本発明の一側面によると、第１電極層、第１電極層上に設けられる第１電気変色層、第１電気変色層上に設けられる電解質層、電解質層上に設けられる第２電気変色層、及び第２電気変色層上に設けられる第２電極層を含み、電解質層を挟んで互いに対向する第１電気変色層及び第２電気変色層のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層及び第２補助電極層を含む電気変色素子が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層；前記第１電極層上に設けられる第１電気変色層；前記第１電気変色層上に設けられる電解質層；前記電解質層上に設けられる第２電気変色層；及び前記第２電気変色層上に設けられる第２電極層を含み、
前記電解質層を挟んで互いに対向する前記第１電気変色層及び前記第２電気変色層のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層及び第２補助電極層を含むことを特徴とする、電気変色素子。
【請求項２】
前記第１及び第２補助電極層は、前記電解質層を基準として非対称的に配列されたことを特徴とする、請求項１に記載の電気変色素子。
【請求項３】
前記第１及び第２補助電極層は、メタルメッシュ又はメタルストリップパターンで形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の電気変色素子。
【請求項４】
前記第１及び第２補助電極層は、それぞれ金属材質で形成された電極部、及び前記電極部を絶縁させるように前記電極部を取り囲む絶縁部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電気変色素子。
【請求項５】
前記絶縁部は、樹脂材質で形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の電気変色素子。
【請求項６】
前記絶縁部は、アクリレート又はエポキシ系の樹脂で形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の電気変色素子。
【請求項７】
前記絶縁部は、無機フィラー又は無機充填剤をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の電気変色素子。
【請求項８】
前記絶縁部は、幅が５ｍｍ以下であり、厚さが２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の電気変色素子。
【請求項９】
前記電極部は、幅が３ｍｍ以下であり、厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項４に記載の電気変色素子。
【請求項１０】
第１電極層；前記第１電極層上に設けられる第１電気変色層；前記第１電気変色層上に設けられる電解質層；前記電解質層上に設けられる第２電気変色層；及び前記第２電気変色層上に設けられる第２電極層を含み、
前記電解質層を挟んで互いに対向する前記第１電極層及び前記第２電極層のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層及び第２補助電極層を含むことを特徴とする、電気変色素子。
【請求項１１】
前記第１及び第２補助電極層は、メタルメッシュ又はメタルストリップパターンで形成されたことを特徴とする、請求項１０に記載の電気変色素子。
【請求項１２】
前記第１及び第２補助電極層は、それぞれ金属材質で形成された電極部、及び前記電極部を絶縁させるように前記電極部を取り囲む絶縁部を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の電気変色素子。
【請求項１３】
前記絶縁部は、樹脂材質で形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の電気変色素子。
【請求項１４】
前記絶縁部は、アクリレート又はエポキシ系の樹脂で形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の電気変色素子。
【請求項１５】
前記絶縁部は、無機フィラー又は無機充填剤をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の電気変色素子。
【請求項１６】
前記絶縁部は、幅が５ｍｍ以下であり、厚さが２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１２に記載の電気変色素子。
【請求項１７】
前記電極部は、幅が３ｍｍ以下であり、厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１２に記載の電気変色素子。
【請求項１８】
前記第１及び第２補助電極層は、前記電解質層を基準として非対称的に配列されたことを特徴とする、請求項１１に記載の電気変色素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜技術分野＞
本発明は、電気変色素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜関連出願との相互引用＞
本出願は、２０１６年５月９日に出願された大韓民国特許出願第１０−２０１６−００５６３０２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
【０００３】
電気変色素子とは、電気変色物質が電気化学的に酸化又は還元反応を起こすときに現われる可逆的な色変化を利用する素子を意味する。このような電気変色素子は、応答速度が遅いという短所があるが、低コストでも広い面積の素子を製造することができ、何より消費電力が低いという長所がある。このような点から、スマートウィンドウ、スマートミラー、電子ペーパー又は次世代建築建具素材のように多様な分野で電気変色素子が注目されている。
【０００４】
通常の電気変色素子は、第１電極（例えば、ＩＴＯ電極）、第１電極上に設けられた電気変色層、電気変色層上に設けられた電解質層、電解質層上に設けられたイオン貯蔵層、及びイオン貯蔵層上に設けられた第２電極（例えば、ＩＴＯ電極）を含んで形成される。電気変色層及び／又はイオン貯蔵層は、電気変色物質を含んでいてもよく、印加される電圧によって色が変化し得る。また、第１電極及び／又は第２電極の一面には、ガラス又は高分子樹脂から形成された透明基材がさらに設けられてもよい。
【０００５】
従来の電気変色素子は、遅い反応速度を克服するために、低い抵抗を有する透明電極の導入が必要であった。特に、従来のＩＴＯ電極は、高い抵抗のため、広い面積の電気変色素子から発生する電圧降下（ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｒｏｐ）による変色反応速度の差を引き起こし、これを克服するための技術として、メタルメッシュ（ｍｅｔａｌ  ｍｅｓｈ）、ＯＭＯのように低い抵抗を有する透明電極の開発が活発に進められている。
【０００６】
また、電気変色素子の反応速度を向上させるための多様な形態の補助電極の開発が進められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、反応速度を向上させることで、高速駆動が可能な電気変色素子を提供することを解決課題とする。
【０００８】
また、本発明は、補助電極で金属の溶出を防止することができる電気変色素子を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の一側面によると、第１電極層、第１電極層上に設けられる第１電気変色層、第１電気変色層上に設けられる電解質層、電解質層上に設けられる第２電気変色層、及び第２電気変色層上に設けられる第２電極層を含み、電解質層を挟んで互いに対向する第１電気変色層及び第２電気変色層のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層及び第２補助電極層を含む電気変色素子が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の側面によると、第１電極層、第１電極層上に設けられる第１電気変色層、第１電気変色層上に設けられる電解質層、電解質層上に設けられる第２電気変色層、及び第２電気変色層上に設けられる第２電極層を含み、電解質層を挟んで互いに対向する第１電極層及び第２電極層のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層及び第２補助電極層を含む電気変色素子が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記で検討したように、本発明の一実施例に係る電気変色素子は、下記のような効果を有する。
【００１２】
一対の補助電極を対向して配列するか、または交差して配列することで、電気変色素子の反応速度を向上させることができ、これによって、高速駆動が可能であるという長所を有する。また、絶縁を通じて補助電極で金属が溶出することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例に係る電気変色素子を示した概念図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る電気変色素子を示した概念図である。
【図３】第１補助電極層と第２補助電極層の配列状態を説明するための概念図である。
【図４】第１補助電極層と第２補助電極層の配列状態を説明するための概念図である。
【図５】第１補助電極層と第２補助電極層の配列状態を説明するための概念図である。
【図６】第１補助電極層と第２補助電極層の配列状態を説明するための概念図である。
【図７】第１補助電極層と第２補助電極層の配列状態を説明するための概念図である。
【図８】第１補助電極層を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例による電気変色素子を添付した図面を参考にして詳細に説明する。
【００１５】
また、図面符号に関係なく同一又は対応する構成要素には同一又は類似した参照番号を付与し、これに対する重複説明は省略する。説明の便宜のために、図示された各構成部材のサイズ及び形状は誇張されたり縮小され得る。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例に係る電気変色素子を示した概念図であり、図２は、本発明の第２実施例に係る電気変色素子を示した概念図であり、図３〜図７は、第１補助電極層と第２補助電極層の配列状態を説明するための概念図である。
【００１７】
図１を参照すると、第１実施例に係る電気変色素子１００は、第１電極層１３０と、第１電極層１３０上に設けられる第１電気変色層１５０と、第１電気変色層１５０上に設けられる電解質層１７０と、電解質層１７０上に設けられる第２電気変色層１６０と、第２電気変色層１６０上に設けられる第２電極層１４０と、を含む。
【００１８】
また、符号１１０は、第１電極層１３０が設けられる第１基板を示し、符号１２０は、第２電極層１４０が設けられる第２基板を示す。
【００１９】
また、電気変色素子１００は、電解質層１７０を挟んで互いに対向する第１電気変色層１５０及び第２電気変色層１６０のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層１９０及び第２補助電極層１８０を含む。
【００２０】
図２を参照すると、第２実施例に係る電気変色素子２００は、第１電極層１３０と、第１電極層１３０上に設けられる第１電気変色層１５０と、第１電気変色層１５０上に設けられる電解質層１７０と、電解質層１７０上に設けられる第２電気変色層１６０と、第２電気変色層１６０上に設けられる第２電極層１４０と、を含む。
【００２１】
また、電気変色素子２００は、電解質層１７０を挟んで互いに対向する第１電極層１３０及び第２電極層１４０のそれぞれの対向面にそれぞれ設けられた第１補助電極層１９０及び第２補助電極層１８０を含む。
【００２２】
図１及び図２を参照すると、第１実施例の電気変色素子１００と第２実施例の電気変色素子２００は、第１補助電極層１９０及び第２補助電極層１８０の形成位置のみで異なる。すなわち、図１と図２において、同一の符号で表示された構成要素は同一である。
【００２３】
第１基板１１０と第２基板１２０は、ガラス又は高分子樹脂（例えば、ＰＥＴ、ＰＥＳなど）で形成され得る。
【００２４】
第１及び第２電極層１３０、１４０は、電気変色層１５０、１７０に電荷を供給する要素として、それぞれＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、インジウムスズ酸化物）、ＦＴＯ（Ｆｌｕｏｒ  ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、フッ素ドープスズ酸化物、）、ＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ、アルミニウムドープ亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（Ｇａｌｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ、ガリウムドープ亜鉛酸化物、）、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、アンチモンドープスズ酸化物）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ、インジウムドープ亜鉛酸化物、）、ＮＴＯ（Ｎｉｏｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｔａｎｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ、ニオブドープチタン酸化物）、ＺｎＯ、ＯＭＯ（Ｏｘｉｄｅ／Ｍｅｔａｌ／Ｏｘｉｄｅ、酸化物／金属／酸化物）及びＣＴＯで構成されたグループから選択される透明伝導性酸化物（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｏｘｉｄｅ）；銀ナノワイヤ（Ａｇ  ｎａｎｏｗｉｒｅ）；メタルメッシュ（Ｍｅｔａｌ  ｍｅｓｈ）；又はＯＭＯ（ｏｘｉｄｅ  ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）のうちいずれか一つを含んで形成され得る。また、第１及び第２電極層１３０、１４０は、それぞれ透明電極層として、光に対して高い透過率を有し、低い面抵抗を有し、耐浸透性を有する材料を含んで構成され、電極プレート形状に構成され得る。
【００２５】
それぞれの電極層１５０、１７０の形成方法は特に制限されず、公知の方法を制限することなく用いてもよい。例えば、スパッタリング又は印刷（スクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷など）などの工程を通じて、ガラス基材層上に透明伝導性酸化物粒子を含む薄膜の電極層を形成し得る。このように製造された電極層は、真空方式の場合、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の厚さを有し、印刷方式の場合、０．１μｍ〜２０μｍの範囲の厚さを有し得る。一つの例示で、これらの電極層を含んだ電気変色素子は、可視光線に対する透過率が７０％〜９５％であってもよい。
【００２６】
また、第１電気変色層１５０は、第２電気変色層１６０に含まれる電気変色物質とは相補的な発色特性を有する変色物質を含んでいてもよい。相補的な発色特性とは、電気変色物質が着色され得る反応の種類が互いに異なる場合を意味し、例えば、酸化性変色物質が第２電気変色層１６０に用いられる場合、還元性変色物質が第１電気変色層１５０に用いられる場合を意味する。相補的発色特性を有する変色物質が第１電気変色層１５０と第２電気変色層１６０にそれぞれ含まれることによって、例えば、還元反応による第１電気変色層１５０の着色と、酸化反応による第２電気変色層１６０の着色とが同時に行われ、その反対の場合には、第１電気変色層１５０と第２電気変色層１６０の脱色が同時に行われ得る。その結果、素子全体の着色及び脱色が同時に行われる。上述のような着色及び脱色は、素子に印加される電圧の極性によって切り換えられる。
【００２７】
一つの例示で、第２電気変色層１６０に酸化性変色物質が用いられる場合、第１電気変色層１５０は、タングステンオキサイド（ＷＯｘ）のような還元性変色物質を電気変色物質として含んでいてもよい。電気変色物質を含む第１及び第２電気変色層１５０、１７０の形成方法は特に制限されず、例えば、蒸着により行われ得る。
【００２８】
酸化性変色物質とは、酸化反応が起きる場合に変色する物質を意味し、還元性変色物質とは、還元反応が起きる場合に変色する物質を意味し得る。酸化性変色物質としては、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＦｅの酸化物、例えば、ＬｉＮｉＯ２、ＩｒＯ２、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＬｉｘＣｏＯ２、Ｒｈ２Ｏ３又はＣｒＯ３などがあり、還元性変色物質としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ及びＷの酸化物、例えば、ＷＯ３、ＭｏＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５又はＴｉＯ２などがあるが、これらの酸化物に本出願の変色物質が制限されることはない。
【００２９】
電解質層１７０は、電気変色物質の変色や脱色のために水素イオンやリチウムイオンの移動環境を提供する物質であり、電解質層に用いられる電解質の種類は特に制限されず、液状電解質、ゲルポリマー電解質又は無機固体電解質が用いられてもよい。
【００３０】
これらの電解質は、例えば、Ｈ＋、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋又はＣｓ＋を含む化合物のうち一つ以上の化合物を含んでいてもよい。一つの例示で、電解質層は、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６又はＬｉＰＦ６のようなリチウム塩化合物を含んでいてもよい。電解質に含まれるイオンは、印加される電圧の極性によって、第１電気変色層１５０又は第２電気変色層１７０に挿入されるか、またはそれらから脱離しながら素子の変色又は光透過率の変化に関与し得る。
【００３１】
一つの例示で、上記の電解質は、カーボネート化合物をさらに含んでいてもよい。カーボネート系化合物は誘電率が高いので、リチウム塩が提供するイオン伝導度を高めることができる。カーボネート系化合物としては、ＰＣ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、プロピレンカーボネート）、ＥＣ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、エチレンカーボネート）、ＤＭＣ（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ジメチルカーボネート）、ＤＥＣ（ｄｉｅｔｈｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ジエチルカーボネート）及びＥＭＣ（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、エチルメチルカーボネート）のうちいずれか一つ以上が用いられてもよい。
【００３２】
一つの例示で、電解質層に無機固体電解質が用いられる場合、電解質は、ＬｉＰＯＮ又はＴａ２Ｏ５を含んでいてもよい。また、無機固体電解質は、ＬｉＰＯＮ又はＴａ２Ｏ５にＢ、Ｓ、Ｗのような成分が添加された電解質であってもよい。
【００３３】
また、電気変色素子１００、２００は、各電気変色層１５０、１７０に電圧を印加するための電源（駆動部）をさらに含んでいてもよい。
【００３４】
また、第１及び第２補助電極層１９０、１８０は、それぞれ電気伝導性が高い金属材質で形成でき、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などの高い電気伝導性を有する材料で形成することができる。また、第１補助電極層１９０と第２補助電極層１８０は、それぞれメタルメッシュ（ｍｅｔａｌ  ｍｅｓｈ）又はメタルストリップ（ｍｅｔａｌ  ｓｔｒｉｐ）パターンを有し得る。メタルメッシュパターンは、第１方向に延びた第１成分と、第１成分と交差するように第２方向に延びた第２成分とを含んでいてもよい。このとき、複数の第１成分と第２成分の交差構造により複数の開口部を有する。また、図４及び図６を参照すると、メタルストリップは、一方向に延びた帯状を有する。
【００３５】
また、第１補助電極層１９０と第２補助電極層１８０は、それぞれ金属材質の電極部及び電気変色素子１００、２００の作動時に、電極部の溶出を防止するために電極部を絶縁させる絶縁部を含んでいてもよい。具体的に、イオン又は電子の浸透により電極部の溶出の問題が発生し得る。絶縁部は、電極部を取り囲む層構造であってもよい。例えば、図１で、絶縁部は、電極部を電解質層１７０と絶縁させるように電極部を取り囲んでいてもよい。また、図２で、絶縁部は、電極部をそれぞれ第１及び第２電気変色層１５０、１７０と絶縁させるように電極部を取り囲んでいてもよい。
【００３６】
絶縁部は、イオン又は電子の浸透を阻むことができる材料として、樹脂材料を含んで構成されてもよい。
【００３７】
また、絶縁部は、例えば、アクリレート又はエポキシ系の樹脂で形成でき、無機フィラー又は無機充填剤をさらに含んでいてもよい。
【００３８】
一方、第１及び第２補助電極層１９０、１８０は、電解質層１７０を基準として非対称的に配列されてもよい。すなわち、第１及び第２補助電極層１９０、１８０は、電解質層１７０を基準として交差して配列されてもよい。
【００３９】
図４は、図３の平面図であり、図６は、図５の平面図であって、図３及び図５は、第１及び第２補助電極層１９０、１８０の交差程度において異なる。また、符号３００は、第２電極層又は第２電気変色層を示し、符号４００は、第１電極層又は第１電気変色層を示す。
【００４０】
図３及び図５におけるように、電場の密集程度に応じて、特定の透過率まで到達するにかかる時間において差が発生する。実験の結果、透過率８０％から透過率５０％までの到達時間は、図３の構造では５秒であり、図５の構造では７秒であった。また、透過率３０％までの到達時間は、図３の構造では１２秒であり、図５の構造では２０秒であった。また、透過率２０％までの到達時間は、図３の構造では２１秒であり、図５の構造では３５秒であった。
【００４１】
図７を参照すると、一つの例示で、ａ（ピッチ）、ｂ（水平間隔）、ｃは、それぞれ１０ｃｍ以下であり、ｄ（垂直間隔）は、０．１ｃｍ以下であり、ｂ／ｃは、０．３〜３であり、ａ／ｃは、２以上であってもよい。すなわち、第１及び第２補助電極層１９０、１８０は、それぞれ少なくとも一つの上記の数値範囲を満たすように設けられてもよい。
【００４２】
また、一つの例示で、電気変色素子１００、２００は、第１及び第２補助電極層１９０、１８０の形成面積を考慮して、素子の開口率が約５０〜９５％であり、透過率が約４０〜９３％になるように設けられてもよい。
【００４３】
図８は、第２補助電極層１８０を示した概念図である。上述のように、第１及び第２補助電極層１９０、１８０は同一の構造を有するので、第２補助電極層を例に挙げて説明する。
【００４４】
図８を参照すると、電極部１８１及び絶縁部１８２のそれぞれに対して、一つの例示で、ａ（絶縁部の幅）は、５ｍｍ以下であり、ｂ、ｃ（電極部の幅）、ｄは、それぞれ３ｍｍ以下であり、ｅ（電極部の厚さ）は、１ｍｍ以下であり、ｆ（絶縁部の厚さ）は、２ｍｍ以下であってもよい。また、ｃ／ａは、０．９以下であり、ｂ／ｄは、１．５以下であってもよい。
【００４５】
上述の本発明の好ましい実施例は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明に対する通常の知識を有する当業者であれば、本発明の思想の範囲内で多様に修正、変更、付加することが可能であり、このような修正、変更及び付加は、下記の特許請求の範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明によると、一対の補助電極を対向して配列するか、または交差して配列することで、電気変色素子の反応速度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００  第１実施例に係る電気変色素子
１１０  第１基板
１２０  第２基板
１３０  第１電極層
１４０  第２電極層
１５０  第１電気変色層
１６０  第２電気変色層
１７０  電解質層
１８０  第２補助電極層
１９０  第１補助電極層
２００  第２実施例に係る電気変色素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2019507910.tif 000012
2019507910.tif 000013
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