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KR102816520B1 - 전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법 - Google Patents

전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법 Download PDF

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KR102816520B1
KR102816520B1 KR1020230169904A KR20230169904A KR102816520B1 KR 102816520 B1 KR102816520 B1 KR 102816520B1 KR 1020230169904 A KR1020230169904 A KR 1020230169904A KR 20230169904 A KR20230169904 A KR 20230169904A KR 102816520 B1 KR102816520 B1 KR 102816520B1
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KR
South Korea
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transparent conductive
thin film
conductive layer
tungsten oxide
substrate
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KR1020230169904A
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English (en)
Inventor
권진형
엄현진
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)이 적용된 전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법을 제공한다.

Description

전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법{Electrochromic device, method of manufacturing same, and method of generating binary barcode using same}
본 발명은 전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)이 적용된 전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법에 관한 것이다.
전기 변색은 외부 전압의 인가로 인한 물질의 산화 또는 환원 반응에 의해 전기 변색 물질이 가역적으로 착색되거나 탈색되는현상을 의미한다.
전기변색 소자는 전자를 받아서(즉, 환원 반응을 통해) 또는 전자를 잃어서(즉. 산화 반응을통해) 착색되는 물질을 포함할 수 있다. 전기변색 소자는 외부 광원을 사용하는 비자발광 표시소자이고, 야외에서 시인성이 좋고, 강한 빛에서 높은 대조비를 가진다. 또한, 구동 전압에 의해 투과도 조절이 용이하고, 구동전압이 낮고, 시야각(view angle)이 넓어, 다양한 분야에서 폭 넓게 연구되고 있다.
통상적으로 이러한 전기 변색 물질은 작동 전압이 1.5V 이내이며, 개방 회로(open circuit)를 유지하더라도 기억 효과를 가지기 때문에 변색 이후 전압을 계속해서 가해줄 필요가 없다는 특징을 갖는다. 전기 변색소자는 이러한 특성으로 인해 스마트 윈도우, 스마트 거울, 디스플레이 및 스위칭 소자 등으로 응용되고 있다.
대한민국 등록특허 제 10-0868450호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)이 적용된 전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 변색 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 변색 소자는,
제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 투명 전도성 층; 상기 제1 투명 전도성 층 상에 형성된 산화 텅스텐(WO3) 박막층; 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층 상에 형성된 전해질 층; 상기 전해질 층 상에 형성된 제2 투명 전도성 층; 및 상기 제2 투명 전도성 층 상에 형성된 제2 기판;을 포함하되,
상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층은 동일한 패턴으로 패터닝된 것을 특징으로 하는 변색 소자일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 유리 및 플라스틱 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 구성된 기판인 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 투명 전도성 층은, 상기 제1 기판 상에 100nm 이하의 두께로 코팅된 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 투명 전도성 층은, Fluorine-doped Tin Oxide 및 Indium-doped Tin Oxide 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전해질 층은, Gel-type의 전해질 및 산(Acid) 계열의 전해질 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 전기 변색 소자 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 전기 변색 소자 제조 방법은,
제1 기판 상에 제1 투명 전도성 층을 코팅하는 단계; 상기 제1 투명 전도성 층 상에 산화 텅스텐(WO3) 나노 입자를 코팅하여 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 형성하는 단계; 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 상기 제1 투명 전도성 층 및 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 선택적으로 제거하여 동일한 패턴으로 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 산화 텅스텐(WO3) 박막층 상에 전해질 층을 형성하는 단계; 상기 전해질 층 상에 제2 투명 전도성 층을 형성하는 단계; 및 상기 제2 투명 전도성 층 상에 제2 기판을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 투명 전도성 층을 코팅하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 100nm 이하의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 형성하는 단계는, 스핀 코팅법을 통해 진행되는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)은, 근 적외선(NIR)의 파장 범위 및 자외선의 파장 범위 중에서 선택되는 파장을 가지는 레이저를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 2진법 바코드 생성 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 상기 2진법 바코드 생성 방법은,
상술한 제조 방법으로 전기 변색 소자를 구비하는 단계; 및 상기 구비된 전기 변색 소자에 전압을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전압을 인가하는 단계는, 상기 전기 변색 소자에 2.5V 내지 3V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법이 있을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 패터닝된 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되면서 변색되어 2진법 바코트를 생성하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법이 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)이 적용된 전기 변색 소자, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 2진법 바코드 생성 방법을 제공 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 기판 및 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 패터닝하고, 컴퓨터 프로그램과 아두이노 기반의 전기회로를 활용하여 2진법 바코드를 생성할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색 소자의 구조 및 제조 과정을 도시한 모식도이다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색 소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색소자를 이용하여 2진법 바코트를 생성하는 방법을 나타낸 모식도 및 이를 통해 생성된 바코드 이미지이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 공정을 거친 변색 소자의 전자현미경 이미지 및 특성분석 결과 데이터를 나타낸 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 거친 변색 소자의 전자현미경 이미지이다.
도6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색소자의 특성분석 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색 소자의 구조 및 제조 과정을 도시한 모식도이다.
도1을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색 소자를 설명한다.
상기 실시예의 일례로, 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 투명 전도성 층; 상기 제1 투명 전도성 층 상에 형성된 산화 텅스텐(WO3) 박막층; 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층 상에 형성된 전해질 층; 상기 전해질 층 상에 형성된 제2 투명 전도성 층; 및 상기 제2 투명 전도성 층 상에 형성된 제2 기판;을 포함하되,
상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층은 동일한 패턴으로 패터닝된 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
도1을 참조하면, 상기 변색 소자의 각 구조를 확인할 수 있다.
상기 도1의 FTO 기판(FTO Substrate)은, 기판; 및 상기 기판상에 투명한 전도성 층인 FTO(Fluorine-doped Tin Oxide) 층이 얇게 코팅된 것을 구성으로 한다.
상기 실시예에 있어서, 상기 제1 기판; 및 상기 제1 기판 상에 형성된 제1 투명 전도성 층은 상술한 FTO 기판일 수 있다.
도1을 참조하면, 상기 제1 투명 전도성 층 상에 산화 텅스텐(WO3) 박막층, 전해질 층, 제2 투명 전도성 층, 및 제2 기판이 순서대로 적층되어 있는 구조임을 확인할 수 있다.
상기 실시예의 일례로, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 유리 및 플라스틱 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 구성된 기판인 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
상기 실시예의 일례로, 상기 제1 투명 전도성 층은, 상기 제1 기판 상에 100nm 이하의 두께로 코팅된 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
상기 제1 투명 전도성 층은 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 패터닝 되는데,
이때, 상기 제1 투명 전도성 층의 두께가 100nm보다 두꺼운 경우에는 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 완전히 제거되지 않고 잔여 물질이 남아있는 부분이 존재할 수 있다는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 투명 전도성 층의 두께가 100nm보다 두꺼운 경우에는 전기 저항이 증가하여, 전류의 흐름을 어렵게 만들기 때문에 변색 소자의 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 실시예의 일례로, 상기 제1 및 제2 투명 전도성 층은, Fluorine-doped Tin Oxide 및 Indium-doped Tin Oxide 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
상기 실시예의 일례로, 상기 전해질 층은, Li+ 등의 이온이 포함된Gel-type의 전해질 및 산(Acid) 계열의 전해질 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 변색 소자가 있을 수 있다.
상기 Gel-type의 전해질에 포함된 이온은 리튬 이온(Li+), 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+), 마그네슘 이온(Mg2+), 아연 이온(Zn2+), 염소 이온(Cl-), 브로민 이온(Br-), 아이오딘 이온(I-), 질산 이온(NO3 -), 황산 이온 (SO4 2-) 등이 있을 수 있으며, 상기 이온들에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해질 층은 전자의 이동이 보다 원활하게 일어날 수 있도록 도와주는 것으로, 변색 소자의 변색 성능 구현을 위한 필수 구성이다.
상기 변색 소자의 경우에는, 일종의 Cell을 구성하여 전압을 가하게 되면, 상기 패턴화된 산화 텅스텐(WO3) 박막층에 전류가 흐르게 되고, 이를 통해 상기 패턴화된 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되어 최종적으로 색이 변하는 원리이다.
즉, 상기 패턴화된 산화 텅스텐(WO3) 박막층의 이온화 속도가 상기 변색 소자의 성능을 결정하게 되는데, 이는 상기 전해질 층을 통해 변색 소자 내 이온 전도를 향상시킴으로써 상기 변색 소자의 성능을 향상시킬 수 있음을 의미한다.
상기 Gel-type 전해질의 경우, 비교적 얇은 전기 변색 소자를 제작할 수 있고, 액체 상태의 전해질이 아니기 때문에 소자 제작 공정이 비교적 간편하다는 장점이 있다.
상기 산(Acid) 계열의 전해질은 소자 전해질 층의 장기 안정도 측면에서 우수한 효과를 가진다.
도2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색 소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법을 설명한다.
상기 실시예의 일례로, 제1 기판 상에 제1 투명 전도성 층을 코팅하는 단계(S1); 상기 제1 투명 전도성 층 상에 산화 텅스텐(WO3) 나노 입자를 코팅하여 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 형성하는 단계(S2); 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 상기 제1 투명 전도성 층 및 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 선택적으로 제거하여 동일한 패턴으로 패터닝하는 단계(S3); 상기 패터닝된 산화 텅스텐(WO3) 박막층 상에 전해질 층을 형성하는 단계(S4); 상기 전해질 층 상에 제2 투명 전도성 층을 형성하는 단계(S5); 및 상기 제2 투명 전도성 층 상에 제2 기판을 형성하는 단계(S6);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
도1을 참조하면, 상기 패터닝하는 단계(S3)는,
상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 상기 제1 투명 전도성 층 및 산화 텅스텐(WO3) 박막층의 일부를 선택적으로 제거하여 패터닝 할 수 있음을 확인할 수 있다.
이때, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 물리적으로 식각되어, 상기 투명 전도성 층 및 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제거된 부분은 이후 전압을 가하더라도 전류가 흐르지 않게 된다.
이에 따라, 상기 부분에서는 산화 텅스텐(WO3) 박막층의 이온화가 진행되지 않기 때문에 변색되지 않고 남아있게 된다.
반면, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 물리적으로 식각되지 않은 부분은, 상술한 바와 같이 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되어 색이 변하게 된다.
상기 실시예의 일례로, 상기 제1 투명 전도성 층을 코팅하는 단계(S1)는, 상기 제1 기판 상에 100nm 이하의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
상기 제1 투명 전도성 층은 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 패터닝 되는데,
이때, 상기 제1 투명 전도성 층의 두께가 100nm보다 두꺼운 경우에는 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 완전히 제거되지 않고 잔여 물질이 남아있는 부분이 존재할 수 있다는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 제1 투명 전도성 층의 두께가 100nm보다 두꺼운 경우에는 전기 저항이 증가하여, 전류의 흐름을 어렵게 만들기 때문에 변색 소자의 성능을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
상기 실시예의 일례로, 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 형성하는 단계(S2)는, 스핀 코팅법(Spin-coating)을 통해 진행되는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
상기 스핀 코팅법은 회전하는 표면 위에서 액체나 가스 상태의 소재를 고르게 퍼뜨려 얇은 박막을 형성하는 방법으로, 특히 고부가 전자소자, 센서, 광전자소자, 등의 제조 과정에서 널리 사용된다.
회전하는 플랫폼을 이용하여 소재를 균일하게 분산시키는 상기 스핀 코팅법을 통해, 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 상기 제1 투명 전도성 층의 표면에 고르고 얇게 코팅할 수 있다.
상기 실시예의 일례로, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)은, 근 적외선(NIR)의 파장 범위 및 자외선의 파장 범위 중에서 선택되는 파장을 가지는 레이저를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
상기 근 적외선(NIR)의 파장 범위는, 전자기파 스펙트럼에서 가시광선과 적외선 사이의 영역에 해당하는 것으로, 일반적으로 780nm에서 2500nm 정도에 해당한다.
상기 실시예의 일례로, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)은, 상기 자외선 파장 범위로, 자외선 파장 중에서도 250nm 내지 320nm의 파장 범위를 가지는 레이저를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 실시예의 일례로, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)은, 1000nm 내지 1100nm의 파장 범위를 가지는 레이저를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법이 있을 수 있다.
상기 적외선 파장 범위를 사용하는 경우, 레이저 장비가 비교적 저가에서 가격대가 형성되기 때문에, 장비에 대한 접근성이 자외선 레이저 등에 비해 우수한 편이다.
도3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색소자를 이용하여 2진법 바코트를 생성하는 방법을 나타낸 모식도 및 이를 통해 생성된 바코드 이미지이다.
도3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2진법 바코드 생성 방법을 설명한다.
상기 실시예의 일례로, 상술한 제 제조 방법으로 전기 변색 소자를 구비하는 단계; 및 상기 구비된 전기 변색 소자에 전압을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법이 있을 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 변색 소자의 경우에는, 일종의 Cell을 구성하여 전압을 가하게 되면, 상기 패턴화된 산화 텅스텐(WO3) 박막층에 전류가 흐르게 되고, 이를 통해 상기 패턴화된 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되어 최종적으로 색이 변하게 된다.
즉, 상술한 방법으로 전기 변색 소자를 구비하고, 상기 전기 변색 소자에 일정한 전압을 인가하게 되면, 상기 패턴화된 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되어, 최종적으로 상기 패턴대로 변색이 진행되게 된다.
상기 텅스텐(WO3) 박막층은 최초 옅은 노란색을 띄는데, 전류가 흐름에 따라 이온화되면서 점차 진한 파란색으로 변색된다.
즉, 상기 전기 변색 소자에 일정한 전압을 인가하면, 진한 파란색의 패턴을 얻을 수 있다.
이때, 상기 패턴을 바코드 형태로 형성하게 되면, 최종적으로 진한 파란색의 바코드 형상을 얻을 수 있게 된다.
상기 실시예의 일례로, 상기 전압을 인가하는 단계는, 상기 전기 변색 소자에 2.5V 내지 3V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법이 있을 수 있다.
이때, 상기 전압을 인가하는 단계에서, 상기 전압 범위가 3V 이상인 경우, 전해질 내의 성분(주로 용액인 물)이 전기분해 되어 변색 소자의 안정성을 크게 떨어트릴 수 있다는 문제가 존재한다.
반면, 상기 전압을 인가하는 단계에서, 상기 전압 범위가 2.5V 이하의 경우, 변색에 걸리는 시간이 길어진다는 문제가 존재한다.
상기 실시예의 일례로, 상기 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 패터닝된 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되면서 변색되어 2진법 바코트를 생성하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법이 있을 수 있다.
도3의 (a)를 참조하면, 컴퓨터 프로그램과 아두이노 기반의 전기회로를 활용하여, 상기 전기 변색 소자로 2진법 바코드를 생성하는 방법을 확인할 수 있다.
또한, 도3의 (b)를 참조하면, 상기 전기 변색 소자를 통해 7개의 라인(7-bit)을 가지는 바코드를 생성한 실제 사진을 확인할 수 있는데,
상기 7개의 라인(7-bit)에 국한되지 않고, 같은 원리로 더 크거나 작은 라인을 생성하는 것도 가능하다.
실험예 1. 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)의 영향 분석.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 공정을 거친 변색 소자의 전자현미경 이미지 및 특성분석 결과 데이터를 나타낸 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 거친 변색 소자의 전자현미경 이미지이다.
도4 및 도5을 참조하여 상기 실험예를 설명한다.
도4의 (a)를 참조하면, 좌측 이미지의 경우, FTO 기판 상에 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 적층되어 있어서 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층의 미세 입자가 관찰되는 것을 확인할 수 있고,
우측 이미지의 경우, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 인하여 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제거되어서, 좌측 이미지와 달리 매우 매끈한 표면이 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
도4의 (b)를 참조하면, FTO 기판의 투명도, 상기 FTO 기판 상에 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 적층된 상태의 투명도, 및 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 인하여 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제거된 상태의 투명도를 비교할 수 있다.
이때, 상기 FTO 기판은 유리 또는 플라스틱 기판 상에 Fluorine-doped Tin Oxide 물질이 100nm 이하의 두께로 매우 얇게 코팅된 것이다.
상기 도4의 (b)를 참조하면, 상기 FTO 기판의 투명도를 기준으로 하였을 때, 상기 FTO 기판 상에 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 적층된 상태의 경우에는, 상기 FTO 기판 상에 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 추가적으로 형성되어 있음으로 인하여 투명도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
상기 FTO 기판만 있을 때와 비교했을 때, 두께도 두꺼워지고, 기타 다른 물질층이 적층된 상태이므로 상기와 같이 투과도가 감소하는 것은 당연한 결과이다.
반면, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 인하여 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제거된 상태의 경우에는, 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층도 없을 뿐만 아니라,
상기 FTO 기판의 구성 중, 상기 제1 투명 전도성 층까지 제거됨으로 인하여 투명도가 거의 90% 부근의 수치까지 상승하는 것을 확인할 수 있다.
상기 데이터를 통해, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 인하여 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제대로 제거되었음을 확인할 수 있다.
상기 도4의 (c)를 참조하면, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 인하여 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제거된 상태의 XRD 데이터를 확인할 수 있는데,
이를 통해, 상기 레이저 어블레이션 공정에 의한 FTO와 산화 텅스텐(WO3) 박막층의 선택적인 제거가 가능하다는 결과를 확인 할 수 있다.
이와 같은 결과는 도4에 제시된 XRD 데이터에서도 확인할 수 있다.
도4를 참조하면, 상기 소자 제작 방법에서 설명한 바와 같이, 검은색 그래프로 표현된FTO 박막, FTO 박막에 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 형성된 빨간색 그래프, 및 선택적 레이저 공정에 의해서 FTO 박막과와 산화 텅스텐 박막층이 모두 제거된 파란색 그래프의 모습을 관찰할 수 있다.
상기 FTO 박막에 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 형성된 경우의 XRD 그래프(빨간색)를 살펴보면, 상기 FTO 박막에 대한 XRD 그래프(검정색)의 Peak를 포함하며, 산화 텅스텐(WO3)에 해당되는 Peak가 추가적으로 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
도5를 참조하면, 상기 비스듬하게 그어진 점선을 기준으로 좌측 이미지의 경우, FTO 기판 상에 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 적층되어 있어서 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층의 입자로 인해 매우 울퉁불퉁한 표면이 관찰되는 것을 확인할 수 있고,
상기 비스듬하게 그어진 점선을 기준으로 우측 이미지의 경우, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)으로 인하여 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 제거되어서, 좌측 이미지와 달리 매우 매끈한 표면이 관찰되는 것을 확인할 수 있다.
실험예 2. 본 발명의 일 실시예에 따른 변색 소자의 성능 분석.
도6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 변색소자의 특성분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도6을 참조하여 상기 실험예를 설명한다.
도6의 (a)를 참조하면, 제작된 전기 변색 소자가 전압 조건이 달라짐에 따라 광학적 투명도가 변화하는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 0V의 전압 조건에서는 옅은 노랑색을 띄고, 2.5V의 전압 조건으로 갈수록 진한 파란색을 띄게됨을 확인할 수 있다.
도6의 (b)를 참조하면, 상기 실시예의 일례에 따른 변색 소자의 반복성능 데이터를 확인할 수 있는데,
상기 결과 그래프를 통해, 초기에 투명도가 감소한 뒤, 일정한 범위로 안정적인 변색 성능이 구현되는 것을 확인할 수 있다.
도6의 (c) 및 (d)를 비교하면, 상기 실시예의 일례에 따른 변색 소자의 작동 원리를 화학적으로 분석한 데이터를 확인할 수 있다.
도6의 (c)를 참조하면, XPS 분석을 통해서 확인한 투명한 상태의 산화 텅스텐이 갖는 화학적 결합 에너지를 확인할 수 있는데,
상기 도6의 (c)에서는 W6+의 Peak만 존재하는 것을 확인할 수 있다.
도6의 (d)를 참조하면, XPS 분석을 통해서 확인한 변색된 상태의 산화 텅스텐이 갖는 화학적 결합 에너지를 확인할 수 있는데,
상기 도6의 (d)에서는 W6+의 Peak 뿐만 아니라, 변색/산화 상태를 나타내는 W5+ Peak도 존재함을 확인할 수 있다.
상기 도6의 (c) 및 (d)의 그래프를 통해, 변색 소자의 주요한 작동 원리가 텅스텐 이온의 화학적 상태 변화(산화/환원) 반응에 따른 가역적 반응이라는 것을 확인할 수 있다.(W6+ ↔ W5+).
즉, 초기 투명한 상태일 때에는 W6+의 Peak만 확인되는데 반하여,
변색 상태일 때에는 W6+의 Peak 뿐만 아니라, 변색/산화 상태를 나타내는 W5+ Peak의 생성을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 형성된 제1 투명 전도성 층;
    상기 제1 투명 전도성 층 상에 형성된 산화 텅스텐(WO3) 박막층;
    상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층 상에 형성된 전해질 층;
    상기 전해질 층 상에 형성된 제2 투명 전도성 층; 및
    상기 제2 투명 전도성 층 상에 형성된 제2 기판;을 포함하되,
    상기 전해질 층은 산(Acid) 계열의 전해질로 구성된 것이고,
    상기 제1 투명 전도성 층은 상기 제1 기판 상에 100nm 이하의 두께로 코팅된 것이고,
    상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층은 선택적 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정을 통해 동시에 동일한 패턴으로 패터닝된 것을 특징으로 하는 변색 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 유리 및 플라스틱 중에서 선택되는 어느 하나 이상으로 구성된 기판인 것을 특징으로 하는 변색 소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 투명 전도성 층은,
    Fluorine-doped Tin Oxide 및 Indium-doped Tin Oxide 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 변색 소자.
  5. 삭제
  6. 제1 기판 상에 제1 투명 전도성 층을 코팅하는 단계;
    상기 제1 투명 전도성 층 상에 산화 텅스텐(WO3) 나노 입자를 코팅하여 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 형성하는 단계;
    선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)을 통해 상기 제1 투명 전도성 층 및 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 선택적으로 제거하여 동일한 패턴으로 패터닝하는 단계;
    상기 패터닝된 산화 텅스텐(WO3) 박막층 상에 전해질 층을 형성하는 단계;
    상기 전해질 층 상에 제2 투명 전도성 층을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 투명 전도성 층 상에 제2 기판을 형성하는 단계;를 포함하되,
    상기 전해질 층을 형성하는 단계는 산(Acid) 계열의 전해질로 구성된 층을 형성하는 것이고,
    상기 제1 투명 전도성 층을 코팅하는 단계는 상기 제1 기판 상에 100nm 이하의 두께로 코팅하는 것이고,
    상기 패터닝하는 단계는 상기 제1 투명 전도성 층 및 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 선택적 레이저 어블레이션(Laser Ablation) 공정을 통해 동시에 동일한 패턴으로 패터닝하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 산화 텅스텐(WO3) 박막층을 형성하는 단계는,
    스핀 코팅법을 통해 진행되는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 선택적 레이저 어블레이션 공정(Laser Ablation)은,
    근 적외선(NIR)의 파장 범위 및 자외선의 파장 범위 중에서 선택되는 파장을 가지는 레이저를 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  10. 제6항의 제조 방법으로 전기 변색 소자를 구비하는 단계; 및
    상기 구비된 전기 변색 소자에 전압을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전압을 인가하는 단계는,
    상기 전기 변색 소자에 2.5V 내지 3V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전압을 인가하는 단계를 통해 상기 패터닝된 산화 텅스텐(WO3) 박막층이 이온화되면서 변색되어 2진법 바코트를 생성하는 것을 특징으로 하는 2진법 바코드 생성 방법.
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