전기변색 번외 : 서울대의 전기변색 기반에 디스플레이 소자 개발

 서울대 연구진들이 올해 7월 16일 전기변색 물질인 산화텅스텐을 이용한 디스플레이 소자를 개발했다고 밝혔다. 산화텅스텐은 환원시 청색으로만 색이 변하기에, 색재현율과 세기 조절의 한계가 있는데, 이를 극복하고자 한 것이다. (논문 원문 : Full-ColorTunable Nanophotonic Device Using Electrochromic Tungsten Trioxide Thin Film Yohan Lee,⊥ Jeongse Yun,⊥ Minjee Seo, Sun-Je Kim, Jaehyun Oh, Chung Mu Kang, Ho-Jung Sun, Taek Dong Chung,* and Byoungho Lee*)

 

 요약을 먼저 하자면 나노미터 두께의 산화텅스텐 박막을 실리콘 및 금에 결합해 다양한 색 재현과 변색이 가능한 광소자 개발한 실험으로 반사형과 투과형 박막을 만들었다.

 

 

1. 반사형 박막

 > 반사형 박막은 Si에 삼산화텅스텐을 RF 스퍼터링으로 증착해서 만들어준다. 증착된 nm사이즈에 삼산화텅스텐은 plasmon resonance로 다른 파장을 방출함으로서 두께마다 방출되는 색깔이 달라지는데, 시뮬레이션과 실제 값이 유사함을 보여준다.

 

*plasmon resonance(플라즈마 공명)
 :  금속나노 입자는 표면적이 넓으므로, 자유전자 밀도가 높다. 이때 표면에는 전자들은 특정 파장을 갖고 진동하는데, 파장에 해당하는 빛이 들어오면 강하게 흡수와 동시에 약간 더 긴 파장을 방출한다.
 ex) 수십 nm Ag 파장은 560nm, 빛이 입사하면 붉은 색 파장을 방출하여 눈에는 붉은 빛으로 보인다.

 

source : Full-Color-Tunable Nanophotonic Device Using Electrochromic Tungsten Trioxide Thin Film

 

 또한, 전압을 가했을 때, 전해질 내 리튬이 텅스텐 내로 intercalation되면서 구조가 바뀐다. 즉, 파장이 바뀜으로 색깔이 변함을 알 수 있다.

 

source : Full-Color-Tunable Nanophotonic Device Using Electrochromic Tungsten Trioxide Thin Film

 

 Li intercalation에 따른 완전한 redox 시간은 약 60초가 걸림을 보여준다. 이를 이용하면 색의 세기를 조절해 광정보 암호화에 응용이 가능할 것으로 보인다고 한다. 다만, 색 재현율은 좋으나, 색깔의 순도가 떨어진다는 단점이 있다.

---

2. 투과형 박막

 이 역시 반사형과 동일하게 두께마다 투과율이 달라지고, 보이는 색상도 달라진다. Li이 intercalation 되면 투과율이 감소해 어두운 청색을 보인다. 마찬가지로 시뮬레이션과 실제 값은 매우 유사하다.

 

 

 투과형은 반사형에 비해 색순도가 높다는 장점을 가지고 있다. 하지만 특정 전압 이상으로 전압을 걸어주면 텅스텐을 감싸고 있는 Ag가 파괴된다. 이렇다보니 상대적으로 낮은 전압을 걸어줘야 하고 변환시간이 길다. 반응하는데만 360초고, 다시 회복하는 데는 1800초나 걸렸다고 한다. 

 

 

source : NANO LETTERS

 Full-Color-Tunable Nanophotonic Device Using Electrochromic Tungsten Trioxide Thin Film)Full-Color-Tunable Nanophotonic Device Using Electrochromic Tungsten Trioxide Thin Film Yohan Lee,⊥ Jeongse Yun,⊥ Minjee Seo, Sun-Je Kim, Jaehyun Oh, Chung Mu Kang, Ho-Jung Sun, Taek Dong Chung,* and Byoungho Lee*)