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KR20090075850A - 최적화된 전기화학적 저항을 갖는 금속 그리드를 구비한, 전기 전도성이 높은 투명 층 - Google Patents

최적화된 전기화학적 저항을 갖는 금속 그리드를 구비한, 전기 전도성이 높은 투명 층 Download PDF

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KR20090075850A
KR20090075850A KR1020097008899A KR20097008899A KR20090075850A KR 20090075850 A KR20090075850 A KR 20090075850A KR 1020097008899 A KR1020097008899 A KR 1020097008899A KR 20097008899 A KR20097008899 A KR 20097008899A KR 20090075850 A KR20090075850 A KR 20090075850A
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KR
South Korea
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conductive layer
layer
electrochemical
metal
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KR1020097008899A
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KR101479597B1 (ko
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엠마누엘 발렝탱
사무엘 두브르나
디디에 주스
쟝-크리스토프 기롬
필립 레토까르
세-종 김
에밀리 스티르
Original Assignee
쌩-고벵 글래스 프랑스
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Filing date
Publication date
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Application filed by 쌩-고벵 글래스 프랑스 filed Critical 쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

유리 기능을 구비한 기판과 결합되도록 설계된 전기 전도층(2)에 있어서, 상기 전기 전도층(2)은 금속 그리드(9)로 구성되며, 상기 그리드(9)는 순수한 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 그리드(9)는 적어도 하나의 전기화학적 보호층(10), 특히 금속 층 또는 금속 질화물 층으로 코팅되는 것을 특징으로 한다.

Description

최적화된 전기화학적 저항을 갖는 금속 그리드를 구비한, 전기 전도성이 높은 투명 층 {HIGH ELECTRIC CONDUCTIVITY TRANSPARENT LAYER WITH A METALLIC GRID HAVING AN OPTIMISED ELECTROCHEMICAL RESISTANCE}
본 발명의 주제는, 글레이징 타입이며, 가변 광학적 및/또는 에너지 특성을 구비한 전기화학적 및/또는 전기 제어 가능한 디바이스, 또는 광기전성(photovoltaic) 디바이스 또는 전기발광(electroluminescent) 디바이스를 위한 전기 전도층이다. 본 발명은 더욱 특히, 굽힘(bending) 또는 강화(toughening) 타입의 열처리를 진행하기에 적합한, 최적화된 전기화학적 저항을 갖는 금속 그리드를 구비한, 전기전도성이 높은 투명 층에 관련한 것이다.
오늘날, 사용자들의 요건에 부응할 수 있는 소위 "스마트(smart)"글레이징에 대한 요구가 사실상 증가하고 있다.
또한 태양에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있게 하는 광기전성 글레이징 과, 디바이스 내에서와 조명 표면(illuminating surface)으로서 유용하게 적용되는 전기발광 글레이징에 대한 요구도 증가하고 있다.
"스마트" 글레이징에 관해서, 이것은 건물, 또는 자동차, 기차 또는 비행기 타입 수송 수단의 외부에 장착된 글레이징 패널을 통한 태양열 유입을 제어하는 것 을 가능하게 한다. 이 목적은 강한 태양광이 존재하는 경우에만 여객 컴파트먼트(compartment)/객실 내부의 과도한 열을 제한할 수 있게 하는 것이다.
이것은 또한 운전자를 눈부심으로부터 보호하는 백미러(rear-view mirror)나, 사람들의 주의를 더욱 끌기 위하여, 필요시 또는 간헐적으로 메시지가 나타나게 하기 위한 지시패널(indicating panel)로서 사용되는 거울에도 관련된다. 의도대로 빛을 확산시킬 수 있는 글레이징 패널은 필요시, 예를 들면 프로젝션(projection) 스크린에 사용될 수 있다.
"스마트"글레이징은, 특히 글레이징을 어둡게 하거나, 글레이징이 빛을 확산하도록 하거나 또는 심지어 필요시에 임의의 시야를 차단하기 위해서, 글레이징 패널을 통한 가시도(vision of degree)를 또한 제어할 수 있다. 이것은 방, 기차 또는 항공기 내의 내부 칸막이에 장착되거나, 또는 자동차의 측면 창으로 장착된, 글레이징에 관련된 것일 수 있거나, 또는 더욱 특히 이러한 글레이징 패널이 예를 들면 LCD 또는 플라즈마 타입의 평면 스크린의 전면(front face)에 장착될 때 글레이징 패널과 관련된 것일 수 있다. 이러한 특정한 평면 스크린의 사용에서, 일반적으로 유리 기판인 전면 요소는 스크린의 매력을 현저하게 결정한다.
왜냐하면 꺼진 상태(off-state)에서 이러한 스크린들은 검은색의 전면을 갖고, 발광 상태(lit state)에서 이러한 검은색의 전면은 영상을 드러내기 위해서 가능한 빠르게 사라져야할 필요가 있기 때문이다.
현재 이러한 타입의 스크린의 제조자들은 전면으로서, 약 50%의 광투과율 TL 을 갖는 기판을 장착한다. 이제 발광 상태에서 이러한 TL의 감소가 남아 있고, 화질을 손상시킨다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
발명자들은 감소된 TL을 갖는 이러한 전면을, 투명한 기판으로 대체할 것을 제안할 생각이었으며, 이 투명한 기판은 심미적인 외양에서 그러한 변화가 만들어지도록 허용하는 전기 제어 가능한 시스템이 제공된다.
글레이징의 광투과 또는 광흡수를 조절하기 위해서, 미국 특허 US 5 239 406 및 유럽 특허 EP-612 826에 개시된 바이올로젠 시스템(viologen system)이 있다.
글레이징 패널의 광투과 및/또는 열투과를 조절하기 위해서, 또한 전기변색 시스템(electrochromic system)이 있다. 알려진 대로, 전기변색 시스템은 일반적으로, 전해질 층에 의해 분리되고 두 개의 전기 전도층이 측면에 있는, 전기변색 물질의 두 개의 층을 포함한다. 전기변색 물질의 각 층은 양이온 및 전자를 가역적으로 삽입할 수 있고, 그러한 주입/방출(injections/ejections)에 따른 산화도의 변화는 각 층의 광학적 및/또는 열적 특성의 변화를 초래한다. 특히, 가시 및/또는 적외선 영역에서 파장을 위한 그 흡수 및/또는 반사를 조절하는 것이 가능하다.
통상적으로 전기변색 시스템을 세 가지 범주로 나눌 수 있다:
- 제 1 범주는 전해질이 폴리머 또는 겔의 형태; 예를 들면 유럽 특허 EP-253 713 또는 EP-670 346에 개시되어 있는 것과 같은 양성자(protonically) 전도 폴리머, 또는 유럽 특허 EP-382 623, EP-518 754 및 EP-532 408에 개시되어 있는 것과 같이 리튬 이온에 의하여 전도되는 폴리머의 형태이며; 시스템의 다른 층은 일반적으로 무기 특성(inorganic nature)을 갖는, 범주이며,
- 제 2 범주는 시스템을 형성하는 모든 다른 층과 같이, 전해질이 주로 무기 층인 범주이다. 이 범주는 종종 "모두 고체인"시스템으로서 언급되는데, 그 예는 유럽 특허 EP-867 752, EP-831 360, 국제 특허 공보 WO 00/57243 및 WO 00/71777에서 찾을 수 있으며;
- 제 3 범주는 모든 층이 폴리머를 기재로 한 범주로, 이 범주는 종종 "모두 폴리머인"시스템으로서 언급된다.
또한 "광학적 밸브(optical valve)"라 불리는 시스템이 있다. 이것은 일반적으로 가교 결합된 폴리머의 매트릭스를 포함하는 필름이며, 상기 매트릭스에서 미세액적(microdroplet) 함유 입자는 분산되고, 이 입자들은 자기장 또는 전기장의 작용 하에서 바람직한 방향으로 배향될 수 있다. 따라서 국제 특허 공보 WO 93/09460은 폴리오가노실란 매트릭스와, 필름이 전압 하에 있을 때 더욱 적은 빛을 차단하는 폴리아이오다이드 타입 입자를 포함하는 광학적 밸브를 개시한다.
상기 광학적 밸브와 유사한 모드(mode)로 동작하는 액정 시스템이 또한 언급될 수 있다. 액정 시스템은 두 개의 전도층 사이에 위치한 필름의 사용을 기재로 하고, 액정의 액적이 배열된 폴리머, 특히 양성 유전 비등방성(positive dielectric nisotropy)의 네마틱(nematic) 액정을 기재로 한다. 필름에 전압이 가해질 때, 액정은 영상을 허용하는 바람직한 축을 때라 배향한다. 인가된 전압이 없어서 액정이 정렬되지 않으면, 필름은 빛을 확산하거나 영상을 차단한다. 이러한 필름의 예는 특히 유럽 특허 EP-0 238 164, 미국 특허 US-4 435 047, US-4 806 922 및 US 4 732 456에 개시된다. 일단 두 개의 유리 기판 사이에 적층되거나 병합된, 이러한 타입의 필름은 Saint-Gobain Vitrage社에서 제품명 "Priva-Lite"로 판매되었다.
실제로, NCAP(Nematic Curvilinearly Aligned Phase: 네마틱 곡선 배열상) 또는 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal: 폴리머 분산 액정)라는 용어로 알려진 액정 디바이스의 어느 것이라도 사용할 수 있다.
또한 예를 들면, 국제 특허 공보 WO 92/19695에 개시된 것과 같은, 콜레스테릭(cholesteric) 액정 폴리머를 사용하는 것도 가능하다.
전기 발광 시스템에 관하여, 이것은 전극을 통해서 전기를 공급받는 물질 또는 유기 또는 무기의 전기 발광물질의 스택을 포함한다.
모든 이러한 복잡한 시스템은, 시스템의 활성 층 또는 다양한 활성 층들의 어느 면에도, 일반적으로 두 개의 전기 전도층 형태로 전극에 전력을 공급하기 위한 전류 리드가 장치될 필요가 있다는 공통점이 있다.
이러한 전기 전도층(실제로는 층들의 중첩일 수 있다)은 인듐 산화물, 일반적으로 약어인 ITO로 더 알려진, 주석-도핑된 인듐 산화물을 기재로 한 층을 통상적으로 포함한다. 또한 도핑된 주석 산화물, 예를 들면 안티몬 도핑된 주석 산화물을 기재로 하거나, 또는 도핑된 아연 산화물, 예를 들면 알루미늄-도핑된 아연 산화물(또는 이러한 산화물들의 적어도 두개를 기재로 한 혼합물)을 기재로 한 층이 있을 수 있다.
ITO층은 특히 연구되어 왔다. 산화물 표적(oxide target)(비활성 스퍼터링) 을 사용하거나, 인듐과 주석을 기재로 한 표적(산소타입 산화제의 존재 하에서의 활성 스퍼터링)을 사용함으로써, 자기적으로 향상된 캐소드 스퍼터링(cathod sputtering)에 의하여 쉽게 증착될 수 있다. 하지만 응용을 위해 충분한 전기 전도성을 갖고 전기화학적으로 안정하기 위해서, 상기 층들은 제자리에서 또는 연속적으로 열처리 단계(종종 300℃ 보다 높은)의 사용이 요구된다.
그럼에도 불구하고, 비록 전기 제어 가능한 시스템 내의 전기 전도층 만큼 기능적으로 매우 적합하더라도, ITO는 심지어 어닐링되었을(anealed) 때조차, 불충분한 전도성을 가져, 시스템의 상태의 변화(채색 상태에서 표백상태로의 변환)동안 충전 현상(charge phenomenon)의 손실을 초래한다. 이것은 비균일 변환과, 시스템의 영역과 함께 선형으로 감소하는 변환 속도에 의한, 전기변색 타입의 전기 제어 가능한 시스템의 특정한 경우에 반영된다. 만일 ITO-계 전기 전도층이, 평면 스크린을 위한 전면 요소로서 유리 기능을 구비한 기판과 결합된 전기 변색 시스템에서 사용된다면, ITO의 기술적 사양(technical specification)은 이러한 타입의 사용과 양립한다(예를 들면 스크린의 꺼진-상태와 켜진-상태 사이에서의 변환 속도).
또 다른 접근은, 전기 전도층의 표면 저항을 향상시키기 위해서 산화물 층들의 스택 내에 금속 층을 삽입하는 것이며, 게다가 이 금속 층은 특정 정도의 광투과를 유지하기에 충분히 얇다.
본 명세서 내에서, 국제 특허 공보 WO 93/05438은 예를 들면, 전기 전도층이, 철, 지르코늄, 티타늄 또는 텅스텐과 같은 금속성 차단제(metallic blocker)를 기재로 한 층과 결합된 특히 은, 구리 또는 알루미늄을 기재로 한 얇은 금속 층으 로 구성된다는 것을 소개한다. 이 TCO(Transparent conductive oxide:투명 전도 산화물) 스택은, 전기변색-형 전기화학 디바이스 내로 통합되고자 하며, 이 디바이스 내에서 금속성 차단제 층은 활성 층들 중 하나와 금속 층 사이에서 Li+이온의 확산에 대한 보호막을 구성한다.
또한 국제 특허 공보 WO 94/15247에 의하면, 상술된 것과 유사한 구조를 갖는, 예를 들면 아연 산화물 또는 주석-도핑된 인듐 산화물과 같은 투명 전도 산화물을 기재로 한 층이 부가된 전기 전도층이 소개된다.
게다가, 미국 특허 명세서 US 5 510 173 및 US 5 763 063은, 새로운 금속으로 유리하게 합금된, 은 또는 구리 층을 병합하는 에너지-제어 스택 구조를 소개하는데, 상기 구조에 대하여, 예를 들면 In2O3와 ITO, 또는 ZnO2/In2O3와 ITO의 산화물 또는 산화물의 혼합물을 기재로 하는 이중 층(bilayer)으로 코팅되어 부식 보호가 수득된다. ZnO2를 사용하는 경우에, 전극으로서의 응용은 이러한 산화물의 차단 특성으로 인해 불가능하다.
게다가, 미국 특허 US 6 870 656은 전기화학적으로 안정한 은-금 합금을 기재로 한 층을 병합하는 반사 전극 구조를 기술하는 것으로 알려져 있다.
상술된 전기 전도층 구조와 관계없이, 그 전기화학적 저항은 이러한 전기 전도층이 합금될 경우에만 성취된다.
금속 층의 전기화학적 저항을 향상시키기 위한 또 다른 전략은, 주로 ZnO:Al과 ITO인 두개의 산화물을 결합함으로써 금속 층을 보호하는 것이다(프랑스 특허 출원 FR 2 886 419 참조).
그러나 TCO 구조와 관계없이, 광투과를 감지될 정도로 저하시키는 두꺼운 금속 층을 사용하지 않는 활성 시스템이 매우 낮은 표면 저항과 급속한 변환 속도를 갖는 것은 어렵다.
변환 속도를 향상시키기 위한 해결책은, 미국 특허 US 5 293 546에 ITO형 산화물로 코팅된, 금속 그리드의 사용에 의해 기술되어 있다. 하지만 전기변색 분야에서의 응용에서, 그리드의 전기화학적 저항은 명백히 불충분하다.
본 발명의 설정된 목적은 상술된 타입(전기변색, 광기전성 등)의 전기화학적/전기 제어 가능한 시스템의 전극을 구성하기 위하여, 급속한 변환 시간이 얻어지도록 허용하는, 전기 전도층의 전기화학적으로 강한 조립을 성취하는 것이다. 덧붙여서, 이 목적은 매우 낮은 비용으로, 열처리 단계를 피하면서, 본 발명에 관련된 전기화학적 시스템의 알려진 구성을 엉망으로 만드는 일 없이 성취되는 것이다. 더욱 일반적으로, 이것은 본질적으로 투명한 기판(유리 또는 폴리머 물질로 만들어진) 위에 더 나은 전극을 개발시키는 것을 포함한다.
본 발명의 하나의 주제는, 유리 기능을 갖는 기판과 결합되도록 설계된 전기 화학적 층으로, 상기 층은 금속 그리드로 구성되며, 상기 금속 그리드는 순수한 금속으로 구성되는 것과, 적어도 하나의 전기화학적 보호층, 특히 금속 층 또는 금속 질화물 층으로 코팅된 것을 특징으로 하는 전기 전도층이다.
이러한 특유한 그리드 구조로 인하여, 더 낮은 비용으로, 여전히 높은 전기 전도 특성을 구비하는 반면에 전기 제어 가능한 시스템과 양립할 수 있는 전기 화학적 저항을 갖는 전극이 얻어질 수 있으며, 따라서 전기 제어 가능한 시스템의 채색 상태와 표백 상태 사이의 매우 빠른 변환 시간을 보장한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 하기의 조건이 또한 선택적으로 적용된다:
- 전기화학적 보호층은 금속 산화물을 기재로 한 적어도 하나의 차단층과 결합되고;
- 금속 산화물은 아연 산화물, Al, Ga, B와 Sc와 같은 금속의 군으로부터 선택된 다른 금속으로 도핑된 혼합 아연 산화물, 도핑된, 특히 주석 도핑된 인듐 산화물과, 도핑된, 특히 안티몬 도핑된 주석 산화물로부터 선택되고;
- 그리드는 은, 구리, 아연, 알루미늄, 니켈, 크롬과 니켈-크롬 합금으로부터 선택된 순수 금속을 기재로 하고;
- 전기화학적 보호층은 티타늄, 금, 백금과 팔라듐으로부터 선택된 물질을 기재로 하고, 상기 물질은 선택적으로 질화된다;
- 그리드의 두께는 1 내지 15㎛사이, 더욱 바람직하게는 2 내지 8㎛사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 3㎛이다;
- 전기화학적 보호층의 두께는 10 내지 100㎚사이, 더욱 바람직하게는 25 내지 75㎚사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 50㎚이다;
- 차단층의 두께는 40 내지 400㎚사이, 더욱 바람직하게는 60 내지 300㎚사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 250㎚이다;
- 상기 그리드는 특히 질화 실리콘을 기재로 한, 제 2 차단층에 증착된다;
- 전기 전도층의 저항율은 0.01 내지 1Ω/□사이, 바람직하게는 0.2 내지 0.6Ω/□사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 0.4Ω/□이고;
- 전기 전도층은 굽힘 또는 강화 타입의 열처리를 진행하기에 적합하다.
본 발명의 문맥 내에서, "하부 전극(lower electrode)"이라는 용어는 기준으로서 취해진 운송 기판에 가장 가까이 위치한 전극을 의미하는 것으로 이해되며, 그 전극 위에 활성 층(예를 들면, "모두 고체인"전기 변색 시스템 내의 모든 활성 층)의 적어도 일부는 증착된다. "상부 전극(upper electrode)"은 동일한 기준 기판에 대해서 활성 층의 스택 위에 위치한다.
유리하게도, 본 발명에 따라 전기 전도층을 병합하는 하부 전극은 0.2 내지 0.6Ω/□ 사이의 전기 저항과 75 내지 85%의 TL을 갖고, 그로 인해 투명 전극으로서 그 사용을 완벽히 만족스럽게 만든다.
바람직하게 특히, 이러한 정도의 저항을 얻기 위해서는, 금속 그리드가 1 내지 3㎛ 사이의 총 두께를 갖는다.
이러한 두께의 범위 내에서, 전극은 투명하게 유지되고, 즉 가시영역에서 낮은 광흡수를 갖는데, 심지어 그리드가 있는 경우에도 그렇다(그리드의 네트워크는 그 치수로 인해 특히 눈에 보이지 않는다). 상기 그리드는 15 내지 25%의 광차단(light occultation)을 나타내는 주기적 또는 비주기적 구조를 갖는다. 예를 들면, 300㎛간격으로 떨어진 20㎛너비의 금속 스트랜드(strand)를 갖는 사각의 네트워크는, 기판에 초기의 92%의 광투과에 비교해서, 80%의 광투과를 부여한다. 이러한 주기적 또는 비주기적 구조의 상세한 예들이, 독일 특허 출원 DE 10 2006 045 514.2에 기술된다.
상술된 것과 같이, 본 발명은 다양한 타입의 전기화학적 또는 전기 제어 가능한 시스템에 적용할 수 있다. 그것은 더욱 특히 전기변색 시스템에 관련되어 있는데, 특히 "모두 고체인" 전기변색 시스템("모두 고체인"이라는 용어는 본 발명의 문맥 내에서 모든 층들이 무기 특성을 갖는 다중 층 스택에 관해서 정의된다), 또는 "모두 폴리머인"전기변색 시스템("모두 폴리머인"이라는 용어는 본 발명의 문맥 내에서, 모든 층들이 유기 특성을 갖는 다중 층 스택에 관해서 정의된다), 또는 다른 혼합 또는 하이브리드 전기변색 시스템(여기에서 스택의 층은 유기 특성과 무기 특성을 갖는다)또는 액정 또는 바이올로젠 시스템 또는 다른 전기발광 시스템에 관련된 것이다.
본 발명이 적용될 전기변색 시스템 또는 글레이징 패널은, 상술된 특허에 기술되어 있다. 이들은 적어도 하나의 운송 기판과 기능 층들의 스택을 포함하는데, 상기 기능 층들은 상술된 제 1 전기 전도층, H+, Li+와 OH-와 같은 이온을 가역적으로 삽입할 수 있으며, 각각 음극 및 양극 전기변색 물질 타입인 전기화학적 활성 층, 전해질 층, H+, Li+와 OH-와 같은 이온을 가역적으로 삽입할 수 있으며, 각각 음극 및 양극 전기변색 물질 타입인 제 2 전기화학적 활성 층과, 제 2 전기 전도층("층"이라는 용어는, 이들이 연속적이던지 불연속적이던지 단층 또는 여러 층의 중첩을 의미하는 것으로 이해되어야 한다)을 적어도, 연속적으로 포함한다.
본 발명은 또한 글레이징, 투과의 동작에 대한 본 명세서의 서론에서 기술된 전기화학적 디바이스의 병합에 관한 것이다. "글레이징"이라는 용어는 광의로 이해되어야만 하고, 유리 및/또는 폴리머 물질로 만들어진 임의의 본질적인 투명 물질(예를 들면 폴리카보네이트 PC 또는 폴리메틸 메타크릴레이트 PMMA)을 포함한다. 운송 기판 및/또는 대응-기판(counter-substrate), 즉 활성 시스템의 측면에 접해있는 기판들은 견고하고, 유연하거나, 반유연할(semiflexible) 수 있다.
본 발명은 주로 글레이징 또는 거울인, 이러한 디바이스를 위해 마련될 수 있는, 다양한 응용에 또한 관련한 것이다: 이 응용은 건축용 글레이징, 특히 외부 글레이징, 내부 칸막이 또는 글레이징된 문을 제조하는데 사용될 수 있다. 이 응용은 또한 기차, 비행기, 자동차, 배와 작업용(worksite) 차량과 같은 운송 수단의 창문, 지붕 또는 내부 칸막이로서 사용될 수 있다. 상기 응용은 또한 프로젝션 스크린, 텔레비전 또는 컴퓨터 스크린과 접촉-감응(touch-sensitive) 스크린과 같은 디스플레이 스크린에 사용될 수 있다. 상기 응용은 또한 안경, 카메라 렌즈를 제조하거나, 태양 패널을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 그것은 또한 배터리(battery) 타입, 연료 셀(cell), 및 배터리와 셀 그 자체의 에너지 저장 디바이스로서 사용하는 것이 가능하다.
본 발명은 이제 제한적이지 않은 예와 도면을 통하여 더욱 자세하게 기술될 것이다:
도 1는 본 발명에 따른 전기 전도층을 사용하는 전기변색 셀의 개략적 평면도;
도 2는 본 발명에 따른 전기 전도층을 포함하는 전체 스택의 단면도;
도 3은 본 발명에 따른 전기 전도층의 확대된 단면도;
도 4는 본 발명의 대안적 실시예의 개략도;
도 5는 본 발명의 전기 연결의 한 특별한 방법을 도시한 도면;
도 6은 연신되고 변형된 그리드의 개략도.
도 1과 도 2는 의도적으로 매우 개략적이며, 도면을 검토하기 쉽게 하기 위해서 반드시 축적대로 도시할 필요는 없다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 가르침에 따른 "모든 고체인"전기변색 디바이스를 나타내고, 이러한 디바이스는 연속적으로 다음을 포함한다:
- 2.1mm 두께의 투명한 소다-라임-실리카(soda-lime-silica) 유리 기판 (S1);
- 한편으로는, 300㎛간격으로 떨어진 너비가 20㎛인 스트랜드를 구비한, 사각의 네트워크 형태이며 알루미늄으로 만들어진, 두께가 약 3㎛인 그리드(9)(도3에 도시)를 포함하는 하부 전극(2)으로, 이 그리드(9)는 질화 티타늄을 기재로 한, 약 50㎚ 두께의 전기화학적 보호층(10)(도 3에 도시)으로 코팅되며, 상기 전기화학적 보호층(10)은 각각 60㎚ 두께의 ZnO:Al과 30㎚ 두께의 ITO로 ZnO:Al/ITO 타입의 다중층 스택을 포함하는 적어도 하나의 차단층(11)(도 3에 도시)과 결합하는, 하부 전극(2);
- ITO 또는 SnO2:F를 기재로 한 상부 전극(4);
- 이후에 기술될 구조인, 전기변색 시스템(3)과;
- PU 시트(sheet)(7)는 유리(S1)가 유리(S1)와 동일한 특성의 다른 유리 (S2)에 적층될 것을 허용한다. 선택적으로, PU 시트(7)를 향해 회전된 유리(S2)의 면은 태양 보호 기능을 갖는 박층의 스택이 장착된다. 상기 스택은 특히 유전 층이 알려진 방법으로 산재된 두 개의 은 층을 포함할 수 있다. 변형으로, 상기 PU 시트(7)는 활성 스택(3)과 접촉된 면에, 하부 전극(2)과 같이, 기판에 증착된 것과 유사하게 그리드(9)가 장착될 수 있다. 상기 전극{(2) 와 (4)}은 전류 리드{(6)과 (8)}에 연결된다.
전기변색 시스템(3)은:
- 다른 금속과 합금되던지 되지 않던지, 40 내지 100㎚ 두께의 수화된 이리듐 산화물, 또는 두께 40 내지 400㎚의 수화된 니켈 산화물로 만들어진 음극 전기변색 물질의 제 1층 EC1과(변형으로, 이 층은 다른 금속과 합금 되던지 되지 않던지, 100 내지 300㎚ 두께의 니켈 산화물로 만들어진 음극 전기변색 물질의 층으로 대체될 수 있다);
- 두께 100㎚의 텅스텐 산화물 층과;
- 두께 100㎚의 수화된 탄탈륨 산화물 또는 수화된 실리카 산화물 또는 수화된 지르코늄 산화물로 만들어진 제 2층으로서, 상기 텅스텐 산화물 층과 제 2 층은 전해질 기능을 갖는 EL층을 형성하는, 제 2층과;
- 두께 370㎚의 텅스텐 산화물 WO3를 기재로 한 양극 전기변색 물질의 제 2층 EC2를 포함한다.
모든 층들은 자기적으로 강화된 캐소드 스퍼터링에 의해 증착된다.
상술된 전기변색 디바이스는 예 1을 구성한다.
하기는 종래기술의 알려진 구조인 예 2이며, 예 2의 하부 및 상부 전극 모두가 ITO 또는 SnO2:F를 기재로 한다.
실시예2 ( 비교예 = 기준 EC 예 )
EC(전기변색) 글레이징은 하기를 제외하고는 예 1과 동일한 조성을 갖는다:
- 하부 전극(2)은 500㎚ 두께의 ITO(주석 도핑된 인듐 산화물)를 기재로 하며, 고온(350℃에서) 증착되고, 그리드를 병합하지 않는다.
변형으로, 상기 상부 전극은 다른 전도 요소를 포함한다. 더욱 특히, 전극은 그보다 더욱 전도적인 층 및/또는 복수의 전도 밴드 또는 와이어와 결합될 수 있다. 그러한 다성분 전극의 이용은 상술된 국제 특허 공보 WO 00/57243에서 더 많은 세부를 참조할 수 있다. 이러한 전극 타입의 바람직한 실시예는, ITO 층(선택적으로 하나 이상의 다른 전도 층이 얹어진)에 폴리머 시트 표면에 덮인 전도 와이어의 네트워크를 도포하는 것이다(그 결과 예를 들면 전기 변색 타입의 전기활성 글레이징을 제조하는 경우에, 활성 시스템을 보호하고/하거나 유리 타입의 운송 기판을 다른 유리로 적층되도록 허용한다).
알루미늄 그리드(9)는 예를 들면 포토리소그래피(photolithography) 기술 또는 레이저 삭마(laser ablation) 기술에 의해 수득될 수 있으며, 하기 표1에 주어진 것은, 수득된 TL(광투과)과 전기 전도값이다.
[표1]
Al 두께(㎛) TL(%) RS(Ω/□)
그리드(레이저) 1 75~77 0.8~0.9
그리드(레이저) 3 76~78 0.4~0.6
그리드(리소그래피) 1 68~70 0.7~0.8
그리드(리소그래피) 3 67~71 0.3~0.4
30㎝ x 30㎝의 수치를 갖는, 두 개의 전기변색 셀에 비교 실험이 수행되었으며, 하기 표2에 요약되었다:
[표2]
(변환 속도 측정)
예 2 예 1
A 구역 B 구역 A 구역 B 구역
TL,표백(%) 63.5 64.8 70 69.9
TL,채색(%) 22.3 17.45 26 24
대조(contrast) 2.85 3.71 2.69 2.91
V채색(s) 13 9 3 3
V표백(s) 8 5 3 3
A 구역: 중앙;
B 구역: 측면;
TL,표백: 표백된 상태에서의 광투과;
TL,채색: 채색된 상태에서의 광투과;
V채색: 표백된 상태에서 시작해서 90%의 채색에 도달되는 시간;
V표백: 채색된 상태에서 시작해서 90%의 표백에 도달되는 시간.
일정한 대조(약 3)에 대해서, 예 1의 EC 글레이징(금속 그리드를 구비한 전극에서)은, 예 2의 EC 글레이징에 비교하여:
- 더욱 빠른 변환(채색 시간에서 3 내지 4와 표백 시간에서 1.6 내지 2.6의 인자에 의한 속도 증가);
- 균일한 변환(전체 표면에 걸쳐서 동일한 변환 시간)
을 특징으로 한다.
[표3]
저항률(Ω/□) V변환(s) 대조
예 2 표준.EC 5 13 3
예 1 0.5 3 3
본 발명의 다른 유리한 특징에 따라, 본 발명의 주제를 형성하는 그리드는 열처리를 수행할 수 있으며, 특히 굽힘 또는 심지어 강화 공정을 견디는 것을 알 수 있다.
약 3㎛ 두께의 알루미늄 층이, 예를 들면 자기 스퍼터링 공정을 사용하여 유리 기능을 갖는 기판에 증착된 후에, 이 알루미늄 층은 약 20㎚ 두께의 질화 티타늄을 기재로 한, 예를 들면 또한 자기 스퍼터링에 의해 증착된 전기화학적 보호층으로 코팅된다. 변형으로서, 질화 실리콘을 기재로 한 차단층은 유리 기능을 갖는 기판과 알루미늄-계 금속 층 사이에 배치된다.
그 후에 이러한 스택은 리소그래피 또는 레이저 삭마 기술에 의해 에칭된다.
따라서 제 1 기판위에 형성된 그리드는, 두 기판의 중첩에 의해 형성된 조립 체의 면(2) 위나 면(3) 위에 있도록 하는 방법으로, 대응-창유리(counter-pane)를 형성하는 제 2 기판과 결합된다. 두 중첩된 시트의 굽힘이, 임의의 적합한 공정, 특히 프레싱(pressing) 및/또는 프레임 또는 고체 몰드 위에 석션(suction)을 통하여, 프레임워크(framework) 또는 프레임과 같은 지지체 위에서 중력 공정에 의해 수행된다.
강화의 경우, 이렇게 형성된 그리드는 임의의 종래의 강화 공정에 의해 강화된 기판과 결합된다.
그 위에 그리드가 제조되는 스택의 특성은 특히, 산화(알루미늄을 패시베이션 처리)를 견디기 위해서 적응되는데, 질화 티타늄은 산화에 대한 차단막을 형성하고, 그리드 또한 라미네이션에 의해 산소로부터 보호된다.
하기에 주어진 저항율 측정은, 벤딩의 전과 후에 또는 강화의 후에 그리드가 전기 전도성을 유지하는지를 완벽하게 도시한다.
따라서 예를 들면 너비 40㎛의 스트랜드와 내부-스트랜드 간격 300㎛를 갖는 두께 3㎛의 그리드가, 열처리 전에 0.3Ω/□의 표면 저항률과 굽힘 또는 강화 후에 0.25Ω/□의 저항률을 갖는다.
본 발명은 또한 병합되었거나 병합되고자 의도된 전기적/전기화학적 디바이스와 독립적으로, 적어도 하나의 상술된 타입의 전극이 장착된 기판과, 또한 그 전극과 관련된 것이다.
상기 그리드의 다른 가능한 응용에 따라, 상기 그리드는 가변 광학적 및/또는 에너지 특성을 갖는 전기화학적 및/또는 전기 제어 가능한 디바이스, 또는 광기 전성 디바이스, 또는 전기발광성 디바이스, 또는 가열 디바이스 혹은 플랫-램프(flat-lamp) 디바이스, 전자기 차폐(electromagnetic shielding) 디바이스, 또는 투명 전도 층을 요구하는 다른 임의의 디바이스 내의 활성 층으로서 사용될 수 있다.
가열 디바이스로서, 이 그리드는 카메라의 렌즈 또는 임의의 다른 전자 장치 렌즈가 향하는 바람막이로 만들어진, 개구부 내에 위치할 수 있으며, 이 개구부는 항상 가열 디바이스로 인해 김서림으로부터 자유롭다(도 4를 비교).
다른 실시예에 따르면, 그리드는 인접 영역과 다른 국부적인 전기(전도) 특성을 갖기 위해서, 그 지지체 위에서 변형되거나 연신될 수 있다.
변형의 바람직한 방향 즉, 연신의 방향(두 인접 셀이 더욱 멀리 떨어지도록 이동한다) 또는 수축의 방향(반면에, 두개의 인접한 셀이 서로 가깝게 이동한다)에 따라, 그리드 내에 전류가 흐를 때, 바람직한 방향을 따라 전면을 가열하는 것을 유도할 수 있다. 따라서 글레이징의 윤곽(평면, 곡선 모양, 복합 등)에 따라, 어느 균일한 가열도 얻어질 수 있고, 형상 인자를 위한 보상할 수 있거나, 또는 반대로 글레이징의 특정 영역에 따른 다른 가열 영역, 예를 들면 중앙보다는 오히려 가장자리를 따라 가열이 발생할 수 있다(도 6 비교).
본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 직렬 또는 병렬로 버스바(busbar)를 이용함으로써 그리드를 전기적으로 연결하는 것으로 인해서, 그 고유의 특성(예를 들면, 저항)을 각각 갖는 여러 그리드를 사용하는 것이 또한 가능하다(도 5 참조).
전술된 바와 같이 본 발명은 글레이징 타입이며, 가변 광학적 및/또는 에너지 특성을 구비한 전기 제어 가능한 디바이스, 또는 광기전성(photovoltaic) 디바이스 또는 전기발광(electroluminescent) 디바이스를 위한 전기 전도층에 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 유리 기능을 구비한 기판과 결합되도록 설계된 전기 전도층(2)으로서, 상기 전기 전도층(2)은 금속 그리드(grid)(9)로 구성되는 전기 전도층(2)에 있어서,
    상기 금속 그리드(9)는 순수한 금속으로 구성되고, 상기 금속 그리드(9)는 적어도 하나의 전기화학적 보호층(10), 특히 금속 층 또는 금속 질화물 층으로 코팅되며,
    전기화학적 보호층(10)은 금속 산화물을 기재로 한 적어도 하나의 차단층(11)과 결합되는 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 산화물은 아연 산화물, Al, Ga, B와 Sc의 금속 군으로부터 선택된 다른 금속으로 도핑된 혼합 아연 산화물, 도핑된, 특히 주석-도핑된 인듐 산화물과 도핑된, 특히 안티몬-도핑된 주석 산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 그리드(9)는 은, 구리, 아연, 알루미늄, 니켈, 크롬 및 니켈-크롬 합금으로부터 선택된 순수한 물질을 기재로 하는 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기화학적 보호층은 티타늄, 금, 백금, 팔라듐으로부터 선택된 물질을 기재로 하며, 상기 금속은 선택적으로 질화되는 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 그리드(9)의 두께는 1 내지 15㎛사이, 더욱 바람직하게는 2 내지 8㎛ 사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 3㎛인 것을 특징으로 하는, 전기 전도층(2).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 그리드(9)는 15 내지 25%의 광 차단(light occultation)을 나타내는 주기적 또는 비주기적 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기화학적 보호층(10)의 두께는 10 내지 100㎚사이, 더욱 바람직하게는 25 내지 75㎚사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 50㎚인 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 차단층(11)의 두께는 40 내지 400㎚사이, 더욱 바람직하게는 60 내지 300㎚사이이며, 심지어 더욱 바람직하게는 약 250㎚인 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 그리드(9)는 특히 질화 실리콘을 기재로 하는, 제 2 차단층에 증착되는 것을 특징으로 하는 전기 전도층.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도층(2)의 저항률은 0.01Ω/□ 내지 1Ω/□사이, 바람직하게는 0.2 내지 0.6Ω/□사이이며, 심지어 더욱 바람직하게 약 0.4Ω/□인 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 그리드는 열처리 전과 후에 그 전기 전도성을 유지하는 것을 특징으로 하는, 전기 전도층.
  12. 제 1 항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 전기 전도층(2)의 사용으로서, 가변 광학적 및/또는 에너지 특성을 구비한 전기 화학적/전기 제어 가능 디바이스의 전극, 또는 가변 광학적 및/또는 에너지 특성을 구비한 전기 화학적 및/또는 전기 제어 가능 디바이스, 또는 광기전성(photovoltaic) 디바이스, 또는 전기발광성(electroluminescent) 디바이스, 가열 다바이스, 또는 선택적으로 플랫-램프(flat-lamp) 디바이스, 또는 전자기적 차폐(electromagnetic shielding) 디바이스 내에 활성 층으로 사용되는, 제 1 항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 전기 전도층(2)의 사용.
  13. "하부"전극(2)으로 불리는 것과 "상부"전극(4)으로 불리는 것 사이에 전기 활성층 또는 전기 활성층의 스택(3)이 장치된, 적어도 하나의 운송 기판(S1)을 포 함하는, 가변 광학적 및/또는 에너지 특성을 구비한 전기화학적/전기 제어 가능한 디바이스에 있어서,
    하부 전극(2)과 상부 전극(4)의 적어도 하나는, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 전기 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기화학적/전기 제어 가능한 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전기화학적/전기 제어 가능한 디바이스는 전기변색(electrochromic) 시스템, 특히 "모두 고체인(all solid)" 전기변색 시스템, 또는 "모두 고체인"또는 "모두 폴리머인" 전기변색 시스템, 액정 시스템, 또는 바이올로젠 시스템 또는 전기발광 시스템인 것을 특징으로 하는, 전기화학적/전기 제어 가능한 디바이스.
  15. 글레이징에 있어서,
    제 13 항 및 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 디바이스를 병합하는 것을 특징으로 하는, 글레이징.
  16. 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 전기화학적/전기 제어 가능한 디바이스의 사용, 또는 16항에 따른 글레이징의 사용으로서 건축용 글레이징, 내부 칸막이 또는 창문 또는 지붕을 설치하기 위한, 또는 비행기, 기차, 자동차, 보트 또는 작업용(worksite) 차량 타입의 운송 수단을 설치하기 위한 글레이징 패널, 컴퓨터 또는 텔레비전 스크린 또는 프로젝션 스크린 또는 접촉-감응 스크린과 같은 디스플레이 스크린, 또는 안경 또는 카메라 제조를 위한, 또는 태양광 패널 또는 조명 표면을 보호하기 위한 글레이징의 사용.
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