(57)【要約】【課題】クロストークおよびイメージ拡散現象が発生せず、選択された領域の単位ピクセルだけ駆動されることで希望するカラーのパッシブマトリクスディスプレーを具現することができて、各種の平板ディスプレーおよび電子ペーパーとして応用されることができるエレクトロクロミック素子を提供する。【解決手段】エレクトロクロミック物質層が形成された透明電極、反射層が形成された対向電極および前記透明電極と対向電極との間に収容される電解質層を含み、前記電解質層が単位ピクセルの活性領域にだけに形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に導電層が形成された透明電極、前記透明電極上に形成されるエレクトロクロミック物質層、前記透明電極と対向して配置されて基板上に導電層が形成された対向電極、前記対向電極上に形成される反射層および前記透明電極と対向電極との間に収容される電解質層を含むエレクトロクロミック素子において、前記電解質層が単位ピクセルの活性領域にだけ形成されてなることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
【請求項２】
前記電解質層は、スピンドライおよび熱風ドライ法によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項３】
前記エレクトロクロミック物質層は、ナノ構造体にエレクトロクロミック物質が担持されて形成されることを特徴とする、請求項１に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項４】
前記エレクトロクロミック物質は、無機系または有機系の物質であることを特徴とする、請求項３に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項５】
前記無機系物質は、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化イリジウム、希土類化合物、ルテニウム複合体、およびプルシアンブルーからなる群より選択され、有機系物質は、フタロシアニン、およびビオロゲンからなる群より選択されることを特徴とする、請求項４に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記ナノ構造体の形態は、球形、正４面体、円筒形、棒形、三角形、円板形、三脚形、四脚形、立方形、箱形、星形、管形のうち、いずれか一つまたはその混合物であることを特徴とする、請求項３に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項７】
前記ナノ構造体の大きさが、３〜１００ｎｍの範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項８】
前記エレクトロクロミック物質層の厚さが、１〜５０μｍの範囲にあることを特徴とする、請求項３に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項９】
Ｉ）透明電極上にエレクトロクロミック物質層を形成する段階；
ＩＩ）対向電極上に反射層を形成する段階；
ｉｉｉ）前記対向電極と透明電極とを組み立てて透明電極と対向電極との間に電解質を注入する段階；および
ｉｖ）前記注入された電解質を活性領域にだけ配置させる段階を含むことを特徴とするエレクトロクロミック素子の製造方法。
【請求項１０】
前記注入された電解質を活性領域にだけ配置させる段階は、スピンドライおよび熱風ドライ法を利用して行われることを特徴とする、請求項９に記載のエレクトロクロミック素子の製造方法。
【請求項１１】
前記スピンドライ法は、２０〜４０秒間回転させることを特徴とする、請求項１０に記載のエレクトロクロミック素子の製造方法。
【請求項１２】
前記スピンドライ法は、５００〜２０００ｒｐｍの回転速度で行われることを特徴とする、請求項１０に記載のエレクトロクロミック素子の製造方法。
【請求項１３】
前記熱風ドライ法は、５０〜９０℃で１０〜６０秒間乾燥させることを特徴とする、請求項１０に記載のエレクトロクロミック素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示特性が向上したエレクトロクロミック素子（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）およびその製造方法に関し、より詳細には、エレクトロクロミック物質層、反射層および電解質層を含むエレクトロクロミック素子において、電解質を単位ピクセルの活性領域にだけ形成させることで、隣接ピクセル間のクロストークおよびイメージ拡散現象を防止したエレクトロクロミック素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加すると、電界方向により可逆的に色相が変わる現象を「エレクトロクロミズム（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｓｍ）」と言い、このような特性を有する電気化学的酸化還元反応によって材料の光特性が可逆的に変わることができる物質を「エレクトロクロミック物質」と言う。すなわち、エレクトロクロミック物質は、外部から電界が印加されない場合には色を帯びていないが、電界が印加されると色を帯びるようになったり、反対に外部から電界が印加されない場合には色を帯びているが、電界が印加されると色が消えたりするようになる特性を有する。このようなエレクトロクロミック物質の例としては、酸化タングステン、酸化モリブデンなどの無機化合物およびピリジン系化合物、アミノキノン系化合物などの有機化合物が知られている。
【０００３】
このようなエレクトロクロミック原理を利用したエレクトロクロミック素子は、外部光源が必要なく反射率が優れており、柔軟性および携帯性に優れて軽量化が可能であるため、各種の平板ディスプレーに多くの活用が予想されている。特に、最近紙を代替する電子媒体として活発に研究が進行中である電子ペーパー（Ｅ−ｐａｐｅｒ）に応用可能性が高くて多くの脚光を浴びている。
【０００４】
図１ａは、従来のエレクトロクロミック素子の断面概略図である。上部の透明電極１０の面上にはエレクトロクロミック物質２０がコーティングされており、下部電極５０の面上には電気化学反応が起きる場合に対応されるカウンター（ｃｏｕｎｔｅｒ）物質４０と光を反射する反射物質３０とがコーティングされている。
【０００５】
このような従来のエレクトロクロミック素子において白色および特定色相を具現する原理を、図１ｂおよび図１ｃを参考して説明する。
【０００６】
エレクトロクロミック物質２０は、電界が加わらないと透明となって光を透過するようになるが、電界が加わると酸化または還元して特有の色相を帯びるようになる。すなわち、電界が加わらないと、エレクトロクロミック物質２０が透明であるため、エレクトロクロミック物質で吸収される光の波長はなくなり、入射した全ての波長の光は、上部の透明基板１０を通過し、下部の反射層３０から反射して再び前面へ出てくるようになる。これによって、表示素子の前で観察する人は白色を感じることになる。（図１ｂ）。
【０００７】
一方、電界が加わると、エレクトロクロミック素子のエレクトロクロミック物質は、電子の酸化または還元反応により固有の色相を帯びるようになる。これにより、固有の色相以外の波長は全て吸収されることになる。したがって、図１ｃに示すように、エレクトロクロミック物質が示す色相だけ上板を通過し、その他の波長の光はエレクトロクロミック物質に吸収される。結局、固有色相の光だけ下部の反射板に通して再び前面へ出てくるため、観察者はこの固有の色相を感じることになる。
【０００８】
エレクトロクロミック素子は、一般的な表示素子と同様にそれぞれ赤色、緑色、青色を発現する単位ピクセル（ｐｉｘｅｌ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を通してカラー表示を具現することができる。しかし、従来のエレクトロクロミック素子においては電解質のイオン伝導性（ｉｏｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）によって隣接ピクセル間のクロストーク（ｃｒｏｓｓ  ｔａｌｋ）発生により正常的なディスプレー表示特性を確保することができないという問題点があった。
【０００９】
このようなクロストークの発生原因を、現在有機系エレクトロクロミック物質として最も活発に研究されているビオロゲン（ｖｉｏｌｏｇｅｎ）を例として挙げて説明する。
【００１０】
エレクトロクロミック素子の両電極の間に電界を印加すると、ビオロゲンは電解質中のイオンや電子と反応して反応式１の反応を通じて変色する。
【００１１】
【化１】
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【００１２】
すなわち、ビオロゲンによる電気的色相の変化は、酸化還元反応によって電子を電解質から付与されて還元反応で発生したラジカル陽イオン（ｃａｔｉｏｎ）が青色に発色することになるのである。
【００１３】
しかし、図２に示すように、従来のエレクトロクロミック素子においては、電解質６０が上、下部電極の単位ピクセル間の全範囲に渡って注入されているため、電解質のイオン伝導性によって隣接するピクセル間のクロストークおよびイメージ拡散現象が不可避に発生することになる。
【００１４】
すなわち、図３に示すように、エレクトロクロミック素子の駆動時、Ｘ，Ｙ−ライン（ｌｉｎｅ）選択による特定ピクセルを駆動しようとするとき、電解質のイオン伝導性によってＸ，Ｙ−ライン選択による特定ピクセルだけが駆動するのではなく、隣接するピクセルまでラインで駆動するクロストークおよびイメージ拡散現象が発生して正常的なディスプレー表示特性を確保することができないという問題点が発生することになる。
【特許文献１】韓国特許公開第１０−２００２−００５００１４号明細書
【特許文献２】韓国特許公開第１０−２００６−００８４８８３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、本発明の一つの目的は、電解質部分注入法を通して電解質層が単位ピクセルの活性領域にだけ形成されることで、クロストークおよびイメージ拡散現象が発生しないエレクトロクロミック素子を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、上記のようにクロストークおよびイメージ拡散現象が発生しないエレクトロクロミック素子を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の一つの態様は、透明基板上に導電層が形成された透明電極、前記透明電極上に形成されるエレクトロクロミック物質層、前記透明電極と対向して配置される対向電極、前記対向電極上に形成される反射層および前記透明電極と対向電極との間に収容される電解質層を含むエレクトロクロミック素子において、前記電解質層が単位ピクセルの活性領域にだけ形成されることを特徴とするエレクトロクロミック素子に関する。なお、活性領域は、エレクトロクロミック物質が塗布される領域をいう。
【００１８】
本発明に係る前記エレクトロクロミック素子は、電解質層が各ピクセル間で互いに連結せずに単位ピクセルの活性領域にだけ形成されるため、隣接ピクセル間のクロストークおよびイメージ拡散現象が発生しないことを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の態様は、透明電極にエレクトロクロミック物質層を形成する段階、対向電極に反射層を形成する段階、前記透明電極と対向電極とを組み立てて透明電極と対向電極との間に電解質を注入する段階および前記注入された電解質を単位ピクセルの活性領域にだけ配置させる段階を含むことを特徴とするエレクトロクロミック素子の製造方法に関する。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明のエレクトロクロミック素子は、電解質部分注入法を利用して電解質層が単位ピクセルの活性領域にだけ形成されることで、上，下部基板に電界を印加するとエレクトロクロミック物質に連結された電解質パターンが互いに連結することを防止してクロストークおよびイメージ拡散現象を防止することができる効果がある。
【００２１】
したがって、電解質のイオン伝導性によってＸ，Ｙ−ライン選択による画素駆動時、ラインで駆動する典型的なクロストークおよびイメージ拡散現象という問題点が発生せず、選択された領域の画素だけが駆動することで、希望するカラーのパッシブマトリクスディスプレーを具現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明についてより詳細に説明する。
【００２３】
図４は、本発明の一実施の形態に係るエレクトロクロミック素子の断面概略図である。図４に示すように、本発明の前記エレクトロクロミック素子１００は、透明基板１１１の上に導電層１１２が形成された透明電極１１０、前記透明電極１１０の面上に形成されるエレクトロクロミック物質層１２０、前記透明電極１１０と対向して配置されて基板１３１の上に導電層１３２が形成された対向電極１３０、前記対向電極１３０の面上に形成される反射層１３３および前記透明電極１１０と対向電極１３０との間に収容される電解質層１４０を含んでいる。
【００２４】
本発明で用いられる前記透明基板１１１としては、石英およびガラスなどの透明無機基板またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレンなどの透明プラスチック基板を制限なく用いることができるが、好ましくはフレキシブル基板を用いることがよい。
【００２５】
また、前記透明基板１１１の面上にコーティングされる導電層１１２の物質としては、透明性を帯びる伝導性物質を制限なく用いることができるが、その具体的な例としては、インジウムティンオキシド（ＩＴＯ）、フッ素ドープティンオキシド（ＦＴＯ）またはポリフェニルアセチレンポリマー、ポリチオフェンなどの伝導性高分子などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
本発明の前記エレクトロクロミック物質層１２０は、エレクトロクロミック物質１２２がナノ構造体１２１に担持されて形成されることが好ましい。ナノ構造体としては、多様な半導体の電気的特性を有するナノ構造体を用いることができる。その具体例としては、ＴｉＯ２、ＺｎＯ２、ＣｕＯなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
前記ナノ構造体の形態は、球形、正４面体、円筒形、棒形、三角形、円板形、三脚形（ｔｒｉｐｏｄ）、四脚形（ｔｅｔｒａｐｏｄ）、立方形、箱形、星形、管形などの多様な形態を有することができる。このとき、前記ナノ構造体１２１の大きさは３〜１００ｎｍであることが好ましい。また、前記エレクトロクロミック物質層の厚さは１〜５０μｍであることが好ましい。
【００２８】
前記エレクトロクロミック物質１２２としては、無機系化合物または有機系化合物を制限なく用いることができる。前記無機系化合物の具体的な例としては、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化イリジウム、窒化イットリウム、窒化ランタンなどの希土類化合物、ルテニウム複合体、およびプルシアンブルーなどが挙げられ、前記有機系化合物の具体的な例としては、フタロシアニン、およびビオロゲン（ｖｉｏｌｏｇｅｎ）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２９】
無機系化合物の場合、耐環境性または反復表示による耐久性は優れているが、表示できる色相が青色や茶色などの単色程度であるため、フルカラー（ｆｕｌｌ  ｃｏｌｏｒ）の具現には限界があって、多様な色相の発現が可能な有機系化合物に対する研究が最近活発に進められている。本発明のエレクトロクロミック素子には、このような現在および将来に利用可能になる有機系エレクトロクロミック物質を全て使用することができる。
【００３０】
本発明に係るエレクトロクロミック素子は、図４に示すように、電解質層１４０が単位ピクセルの活性（ａｃｔｉｖｅ）領域にだけ形成されることを特徴とする。
【００３１】
すなわち、透明電極１１０と対向電極１３０との間に注入された電解質は、エレクトロクロミック物質１２２が存在する、またはエレクトロクロミック物質１２２が塗布されているナノ構造体１２１が存在する活性領域にだけ配置または分布するように、スピンドライおよび熱風ドライ法によって処理（分離）される。このとき、透明電極１１０の電極１１２に陰電界を、対向電極１３０の電極１３２に陽電界をそれぞれ印加すると、透明電極１１０に形成されたエレクトロクロミック物質１２２に電子が供給されて固有の色相を帯びるようになる。この場合は、エレクトロクロミック物質１２２に接触する電解質層１４０が隣接する単位ピクセルと互いに連結されていないため、電解質のイオン伝導性によるクロストークおよびイメージ拡散現象が発生しなくなる。
【００３２】
本発明で用いられる電解質としては、公知の物質を制限なく用いることができる。その具体例としては、リチウム塩（ｌｉｔｈｉｕｍ  ｓａｌｔ）、カリウム塩（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｓａｌｔ）、ナトリウム塩（ｓｏｄｉｕｍ  ｓａｌｔ）が溶解した溶媒などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３３】
本発明で用いられる白色反射層１３３の物質として、公知の物質を制限なく用いることができる。その具体例としては、ＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｇＯなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３４】
また、前記対向電極１３０の導電層１３２の面上には、エレクトロクロミック物質の電気化学的反応を効率的に遂行できるようにカウンター物質（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ）層を形成することが好ましい。前記カウンター物質層の材料としては、ＡＴＯ（Ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。なお、前記対向電極１３０の導電層１３２の材質としては、透明な物質である必要はなく、導電性がある物質であれば制限なく用いることができる。
【００３５】
本発明のエレクトロクロミック素子は、一般的な表示素子と同様にそれぞれ赤色、緑色、青色を発現する単位ピクセル（ｐｉｘｅｌ）のアレイ（ａｒｒａｙ）を通してカラー表示を具現することができる。
【００３６】
以下、本発明に係るエレクトロクロミック素子の製造方法について説明する。
【００３７】
本発明に係るエレクトロクロミック素子の製造方法は、透明電極上にエレクトロクロミック物質層を形成する段階、対向電極上に反射層を形成する段階、前記透明電極と対向電極とを組み立てた後に透明電極と対向電極との間に電解質を注入する段階および前記注入された電解質を活性領域に配置させる（分離する）段階を含んでいる。
【００３８】
このとき、本発明の方法で用いられる材料は、前述したエレクトロクロミック素子と同一の材料を用いることができる。
【００３９】
本発明の実施の形態に係る製造方法をより詳細に説明すると、先ず、導電（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）性物質がコーティングされた透明基板であって該導電性物質上にナノ構造体が印刷、乾燥、焼成したものを、エレクトロクロミック物質を含む容器内に約２４時間浸漬し、該ナノ構造体にエレクトロクロミック物質を塗布してワーキングパネル（上部基板）を製作する。次いで、導電性電極が形成されている基板上に反射体ペースト（ｐａｓｔｅ）をプリンティング方法で印刷した後、乾燥および焼成してカウンターパネル（下部基板）を製作する。次いで、画素間整列工程（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を通して上部基板と下部基板とを組み立てた後、毛細管現象を利用して電解質を注入する。このとき、前記上部基板と下部基板の製作および組立方法は、前述した方法に限定されなく、当業界において使用する通常の方法を制限なく使用することができる。
【００４０】
前記注入した電解質を活性領域に配置させる（分離する）段階は、スピンドライおよび熱風ドライ方法を利用して行うことができる。
【００４１】
すなわち、常温で約５００〜２０００ｒｐｍの回転速度、２０〜４０秒程度の回転時間などの条件を適用してスピンドライ法を行うと、上下基板間のエレクトロクロミック物質／電解質／反射体物質が相互間に密着した部分は、上記の回転をさせても毛細管現象により電解質が単位ピクセルの活性領域に残っている。しかし、上下基板間に電解質だけが存在する部分では、電解質は回転／遠心分離力によりパネルの外へ排出される。そのため、上下基板の全体に注入した電解質を単位ピクセルの活性領域にだけ配置（分布）するように処理できる。また、オーブン（ｏｖｅｎ）または熱板（ｈｏｔ  ｐｌａｔｅ）を用い、例えば、５０〜９０℃で１０〜６０秒間乾燥させる熱風ドライ方法を実施して、電解質が除去された上下基板間の残りの電解質を乾燥させることができる。
【００４２】
次いで、上部基板と下部基板との間に接着剤を用いて封合シーリングをすることでエレクトロクロミック素子を完成させる。
【００４３】
本発明のエレクトロクロミック素子は、上述したように電解質の部分注入法を利用して素子を製作することで、上，下部基板に電界を印加すると、各単位ピクセルの電解質間にギャップが存在し、各単位ピクセルの電解質はお互いに連結されることはなく、クロストークおよびイメージ拡散現象を防止することができ、各種の平板ディスプレー装置に幅広く用いられることができる。特に、フレキシブルディスプレー装置や電子ペーパーなどに多くの応用が予想される。
【００４４】
上述したように、本発明のエレクトロクロミック素子は、導入された電解質の部分的な除去によって電解質層が単位ピクセルの活性領域だけに形成されることで、上，下部基板に電界を印加すると、エレクトロクロミック物質に接触した電解質が互いに連結されることが防止され、クロストークおよびイメージ拡散現象を防止する効果を奏する。
【００４５】
したがって、電解質のイオン伝導性によってＸ，Ｙ−ライン選択による単位ピクセルの駆動時、ラインで駆動される典型的なクロストークおよびイメージ拡散現象という問題点が発生せず、選択された領域の単位ピクセルだけが駆動されることで、希望するカラーのパッシブマトリクスディスプレーを具現することができる。
【００４６】
以上、好適な実施例を参考として本発明を詳細に説明したが、これらの実施例は例示的なものに過ぎない。本発明に属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、各種の変更例または均等な他の実施例に想到し得ることは明らかである。したがって、本発明の真正な技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来のエレクトロクロミック素子の断面概略図である。
【図１ｂ】従来のエレクトロクロミック素子において白色および特定色相を具現する原理を示す図面である。
【図１ｃ】従来のエレクトロクロミック素子において白色および特定色相を具現する原理を示す図面である。
【図２】上部基板および下部基板の全体領域に渡って電解質が注入された一般的なエレクトロクロミック素子の断面概略図である。
【図３】従来のエレクトロクロミック素子においてクロストークおよびイメージ拡散現象を示す模型図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るエレクトロクロミック素子の断面概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１０  透明電極
１２０  エレクトロクロミック物質層
１２１  ナノ構造体
１２２  エレクトロクロミック物質
１３０  対向電極
１３３  反射体
１４０  電解質層
Ａ  バリアリブ１
Ｂ  バリアリブ２
１５０  密閉剤。
【図１】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
2008304906.tif 000007
【図３】
2008304906.tif 000008
【図４】
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