WO2023243906A1 - 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법 - Google Patents

전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법 Download PDF

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WO2023243906A1
WO2023243906A1 PCT/KR2023/007401 KR2023007401W WO2023243906A1 WO 2023243906 A1 WO2023243906 A1 WO 2023243906A1 KR 2023007401 W KR2023007401 W KR 2023007401W WO 2023243906 A1 WO2023243906 A1 WO 2023243906A1
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electrochromic
test
electrical characteristics
electrochromic device
voltage
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PCT/KR2023/007401
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박민정
안병욱
나용상
오승배
이성환
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에스케이씨 주식회사
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    • G09G2360/144—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light being ambient light

Definitions

  • the present invention relates to an electrochromic device driving control device and method, and in particular, to drive the electrochromic device by quickly identifying external environmental conditions through measurement of the electrical characteristics of a test device having the same material and structure as the electrochromic device. It relates to a control device and method for driving an electrochromic device that can be controlled.
  • Electrochromism is a phenomenon in which color changes reversibly depending on the direction of the electric field when voltage is applied. Devices with this characteristic are called electrochromic devices.
  • An electrochromic device has no color when there is no external electron movement, but becomes colored when electrons are supplied and reduced or oxidized by losing electrons, or, conversely, when there is no external electron supply, it takes on color and then becomes electrochromic. When supplied and reduced or oxidized by losing electrons, the color disappears.
  • Electrochromic devices are used to control the light transmittance or reflectivity of architectural window glass or automobile mirrors, and as it has recently become known that they not only change color in the visible light region but also have an infrared blocking effect, their potential application as energy-saving products has increased. It is also receiving great attention.
  • An electrochromic device consists of an electrode layer, an electrochromic layer, and an electrolyte layer sequentially stacked between transparent substrates at predetermined intervals, and the electrochromic layer changes color when an external power supply is supplied.
  • This electrochromic layer changes color through oxidation and reduction reactions, and color change performance, such as color change response speed and color change range, is limited depending on the color change material used.
  • various sensors such as optical sensors, temperature sensors, and illuminance sensors were used to determine the external environmental conditions of electrochromic devices.
  • the information obtained from the sensors was reflected in changes to driving parameters such as the size of the driving voltage for the electrochromic device and the driving voltage application time, and was used to control the electrochromic device.
  • the present invention was created in consideration of the above circumstances, and the purpose of the present invention is to quickly determine external environmental conditions through measurement of the electrical characteristics of a test device having the same material and structure as the electrochromic device and drive the electrochromic device. To provide an electrochromic device driving control device and method capable of controlling.
  • the purpose of the present invention is to measure changes in the electrical characteristics of the test device without the need to use various sensors such as optical sensors, temperature sensors, and illuminance sensors to identify external environmental conditions that affect the operation of the electrochromic device.
  • the object of the present invention is to provide an electrochromic device driving control device and method that can precisely control the color change device to a desired color change level.
  • the electrochromic device driving control device is a device that controls the operation of the electrochromic device by measuring the electrical characteristics of the test device, and the electrical characteristics of the electrochromic device and the test device according to external environmental conditions.
  • a data storage unit that stores data matching the changes, a sensing unit that measures the electrical characteristics of the test element, and an external environmental condition is analyzed from the electrical characteristics of the test element measured by the sensing unit, and the electrochromic element is It includes a control unit that adjusts the magnitude of the applied driving voltage or the voltage application time.
  • the data storage unit includes data on changes in electrical characteristics of the electrochromic device and the test device due to changes in thermal state or optical state, and electrical information according to the ratio of the area of the electrochromic device to the area of the test device. The correlation equation of characteristics can be saved.
  • the data storage unit applies a driving voltage to the electrochromic element and the test element, respectively, under the same external environmental conditions, and changes each current value change waveform or resistance at the first set time and the second set time. Slope values of the value change waveform may be calculated, and data subsets obtained by matching the two slope values of the electrochromic device and the two slope values of the test device may be stored.
  • the area of the test element may be 100 cm 2 or less.
  • the sensing unit may detect the magnitude of the test voltage applied to the test element and a current value change waveform or a resistance value change waveform according to the application of the test voltage.
  • control unit calculates a current value slope or resistance value slope at one or more specific times with respect to the current value change waveform or resistance value change waveform of the test element transmitted from the sensing unit, and the test element The electrical characteristics of can be determined.
  • control unit may apply an interpolation method to calculate the electrical characteristics of the test element.
  • the control unit while applying the first driving voltage to the electrochromic element, determines the magnitude or voltage application time of the second driving voltage according to the electrical characteristics of the test element transmitted from the sensing unit, It can be controlled to apply voltage to the electrochromic element.
  • a method of controlling the operation of an electrochromic device is a method of controlling the operation of an electrochromic device by measuring the electrical characteristics of the test device, which includes: (a) the electrochromic device and the test device according to external environmental conditions; A data storage unit stores data matching the changes in electrical characteristics of the test element, (b) a sensing unit measures the electrical characteristics of the test element, and (c) an external signal is obtained from the electrical characteristics of the test element measured by the sensing unit. It includes a step of the control unit adjusting the magnitude or voltage application time of the driving voltage applied to the electrochromic device by analyzing environmental conditions.
  • step (a) includes data on changes in electrical characteristics of the electrochromic device and the test device due to changes in thermal state or optical state, and the ratio of the area of the electrochromic device to the area of the test device. It may include the step of storing correlation equations of electrical characteristics.
  • step (b) may include detecting the magnitude of the test voltage applied to the test element and a current value change waveform or a resistance value change waveform according to the application of the test voltage.
  • the step (c) calculates the current value slope or resistance value slope at one or more specific times with respect to the current value change waveform or resistance value change waveform transmitted from the sensing unit, and the test element It may include the step of determining electrical characteristics.
  • the electrochromic device driving control device and method according to the present invention quickly determines external environmental conditions through measurement of the electrical characteristics of a test device having the same material and structure as the electrochromic device, and determines the driving voltage level or size of the electrochromic device. By controlling the driving voltage application time, etc., there is an effect of being able to flexibly respond to changes in external environmental conditions.
  • the electrochromic device drive control device and method according to the present invention does not require the use of various sensors such as optical sensors, temperature sensors, and illuminance sensors to determine external environmental conditions that affect the operation of the electrochromic device, so sensing While simplifying the structure, it is possible to precisely control the electrochromic device to the desired color removal level by measuring changes in the electrical characteristics of the test element that are correlated with changes in the electrical characteristics of the electrochromic device.
  • Figure 1 is a block diagram showing the configuration of an electrochromic device driving control device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing the arrangement of electrochromic elements and test elements.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the electrochromic device shown in Figure 1.
  • Figure 4 is a diagram for explaining the measurement of electrical characteristics of an electrochromic device and a test device.
  • Figure 5 is a graph for comparing changes in current values and internal voltages according to driving voltage application time when coloring an electrochromic device.
  • Figure 6 is a graph for comparing changes in current values and internal voltages according to driving voltage application time when decolorizing an electrochromic device.
  • Figure 7 is a graph for comparing changes in current values and resistance values measured by temperature at the beginning of coloring of the electrochromic device.
  • Figure 8 is a graph for comparing changes in current values and resistance values measured by temperature in the early stages of decolorization of an electrochromic device.
  • Figure 9 is a graph for comparing changes in current values and resistance values for each temperature according to the driving voltage application time for color removal.
  • Figure 10 is a flowchart illustrating a method for controlling the operation of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a block diagram showing the configuration of an electrochromic device driving control device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a diagram showing the arrangement of an electrochromic device and a test element.
  • the electrochromic device driving control device 100 of the present invention detects electrochromic device 10 by measuring the electrical characteristics of a test device 20 having the same material and structure as the electrochromic device 10.
  • a device that controls the operation of the device 10 includes a data storage unit 110, a sensing unit 120, and a control unit 130.
  • the data storage unit 110 stores data that matches changes in electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 according to external environmental conditions.
  • External environmental conditions may be environmental factors such as light, heat, and humidity outside the electrochromic device 10.
  • the driving and control to change the electrochromic device 10 to the same transmittance are also subject to external environmental conditions. Minor differences may occur depending on the condition.
  • the data storage unit 110 stores data regarding changes in electrical characteristics of the test element 20 due to changes in thermal or optical states.
  • the data storage unit 110 may store a correlation equation of electrical characteristics according to the area ratio of the electrochromic element 10 and the area of the test element 20.
  • the correlation equation may be configured in the form of a function or a lookup table, for example.
  • the test device 20 is made of the same material and structure as the electrochromic device 10, and has a relatively small area compared to the electrochromic device 10, so it is more resistant to changes in external environmental conditions than the electrochromic device 10. React faster.
  • the X-axis direction length (X2) and the Y-axis direction length (Y2) of the test element 20 are equal to the can be reduced by the same ratio.
  • the ratio of the lengths of the electrochromic device 10 and the test device 20 in the X-axis direction (X1:X2) and the ratio of the lengths in the Y-axis direction (Y1:Y2) may be adjusted differently. .
  • the data storage unit 110 may store data regarding the ratio of the lengths of the electrochromic element 10 and the test element 20 in the X-axis direction and the ratio of the lengths in the Y-axis direction. The correlation equation of electrical characteristics can be saved.
  • the area of the test element 20 may be 100 cm 2 or less.
  • the test element 20 may be placed at a predetermined position on the window on which the electrochromic element 10 is installed, and its size and location may be changed in consideration of the appearance of the window, wiring for window installation, etc.
  • the data storage unit 110 not only stores data that matches changes in electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 according to external environmental conditions, but also stores data necessary for the overall operation of the electrochromic device 10. , commands and/or software can be stored, and detailed information such as voltage, current, and application time required to change the color change level of the electrochromic element 10 can be stored.
  • the data storage unit 110 is a flash memory type, hard disk type, SSD type (Solid State Disk type), SDD type (Silicon Disk Drive type), and multimedia card micro type. micro type), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), or programmable read-only memory (PROM) It may include storage media such as:
  • the sensing unit 120 measures the electrical characteristics of the test element 20.
  • the electrical characteristics may be, for example, the size of the driving voltage that drives the test element 20, the change in current value depending on the driving voltage application time, or the change in resistance value of the test element 20.
  • the control unit 130 analyzes external environmental conditions from the electrical characteristics of the test element 20 measured by the sensing unit 120 and adjusts the magnitude of the driving voltage applied to the electrochromic element 10 or the voltage application time.
  • the control unit 130 may change the magnitude of the driving voltage or the voltage application time for changing the level of color change of the electrochromic element 10.
  • the control unit 130 is hardware-wise, application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), or microprocessors. It can be implemented using microprocessors, etc.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors microprocessors. It can be implemented using microprocessors, etc.
  • the electrochromic element 10 may have two or more color change levels, and the light transmittance of the window on which the electrochromic element 10 is installed may change depending on the color change level.
  • the transmittance of the electrochromic device 10 may be 70% at level 1, 50% at level 2, 30% at level 3, and 10% at level 4. there is.
  • the transmittance may decrease from level 1 to level 4, and when the electrochromic device 10 is discolored, the transmittance may increase from level 4 to level 1.
  • a constant voltage is applied to color the electrochromic element 10, and the voltage intensity for changing each level from level 1 to level 4 may be configured differently.
  • the constant voltage change for changing from level 1 to level 2 is 0.5V
  • the constant voltage change for changing from level 2 to level 3 may be 0.7V.
  • a reverse voltage is applied to decolorize the electrochromic element 10, and the voltage intensity for changing each level from level 4 to level 1 may be configured differently.
  • the absolute value of the constant voltage required to change from level 3 to level 4 may be larger than the absolute value of the reverse voltage required to change from level 4 to level 3.
  • the specific values of the number of color combination levels, transmittance, and voltage magnitude of the electrochromic device described in this specification are illustrative for understanding the present invention, and the spirit of the present invention is not limited thereto.
  • the color desorption level and transmittance of an electrochromic device may mean not only a specific value but also a predetermined value range.
  • the electrochromic device driving control device 100 of the present invention may further include a polarity change switch (not shown) that switches the polarity of the voltage applied to the electrochromic device 10.
  • the polarity change switch can change the polarity of the voltage applied to the electrochromic element 10.
  • the polarity change switch may operate under the control of the control unit 130 and change the direction of the voltage applied to the electrochromic element 10.
  • the polarity change switch when it is desired to change the color change level of the electrochromic device 10 from 1 to 2, the polarity change switch can be operated so that a constant voltage is applied to the electrochromic device 10. Meanwhile, when it is desired to change the color change level of the electrochromic device 10 from 2 to 1, the polarity change switch can change the polarity so that a reverse voltage is applied to the electrochromic device 10.
  • Figure 3 is a cross-sectional view of the electrochromic device shown in Figure 1.
  • the electrochromic device 10 includes transparent substrates 11 and 17, electrode layers 12 and 16, a first electrochromic layer 13, a second electrochromic side 15, and an electrolyte layer 14. ) includes.
  • the transparent substrates 11 and 17 may be made of transparent plastic or glass with a light transmittance of 95% or more to allow sunlight to pass through.
  • Transparent plastics include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polypropylene (PP), polyimide (PI), and triacetylcellulose (TAC).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PC polycarbonate
  • PP polypropylene
  • PI polyimide
  • TAC triacetylcellulose
  • the transparent substrates 11 and 17 may be formed to have a thickness of 10 ⁇ m to 5 mm.
  • the electrode layers 12 and 16 are formed on the surfaces of the upper and lower transparent substrates 11 and 17, respectively, and are made of a transparent conductive material that allows electricity to flow without interfering with the transmission of light.
  • the electrode layers 12 and 16 may be made of metal oxides such as ITO, ATO, FTO, IZO, ZnO, copper oxide, zinc oxide, and titanium oxide.
  • the electrode layers 12 and 16 may be formed in the form of a thin film on the transparent substrates 11 and 17 through a known coating process such as sputtering, and may preferably be formed to a thickness of 300 nm to 1,000 nm.
  • the electrochromic layers 13 and 15 are formed on the electrode layers 12 and 16 and change color due to the movement of charges or electrolyte ions injected by the supplied power, and the first electrochromic layer 13 is reduced and It is a layer that changes color, and the second electrochromic layer 15 is a layer that changes color by oxidation.
  • the first electrochromic layer 13 and the second electrochromic layer 15 include an electrochromic material that changes color according to an electrical signal, and may be an organic or inorganic electrochromic material.
  • Organic electrochromic materials may be composed of viologen, anthraquinone, polyaniline, polypinol, or polythiophene, and may include Ti, Nb, Mo, Ta, W, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, and one or more oxides of Ir may be included as an inorganic discoloring material.
  • Reductive discoloration materials include V 2 O 5 , Nb 2 O 5 , WO 3 , TiO 2 , MoO 3 , viologen, and PEDOT
  • oxidation discoloration materials include (NH 4 )Fe[Fe(CN) 6 ].
  • LiNiOx, LixCoO 2 , IrO, Rh 2 O 3 , NiO, Ir(OH) 2 , CoO 2 , ITO, etc. can be used.
  • the color-changing material may be a material with electrochromic properties in which light absorption changes through electrochemical oxidation and reduction reactions, and the electrochemical properties of the electrochromic material are reversible depending on whether voltage is applied and the intensity of the voltage. Oxidation and reduction phenomena occur, which can reversibly change the transparency and absorbance of the discoloring material.
  • first electrochromic layer 13 or the second electrochromic layer 15 involves coating the area to be laminated with either a reducing material or an oxidizing material, followed by drying and firing at a high temperature.
  • An electrolyte layer 14 may be inserted between (13) and the second electrochromic layer (15).
  • the first electrochromic layer 13, the second electrochromic layer 15, and the electrolyte layer 14 use the electrochromic principle of changing color when voltage is applied, and reversibly change color or change transmittance by applying voltage from the outside. This includes changing elements.
  • the total thickness of the first electrochromic layer 13, the second electrochromic layer 15, and the electrolyte layer 14 may be 10 to 500 ⁇ m, preferably 20 to 300 ⁇ m, and more preferably 50 to 200 ⁇ m. there is.
  • the total thickness of the first electrochromic layer 13, the second electrochromic layer 15, and the electrolyte layer 14 is less than 10 ⁇ m, the first electrode layer 12 and the second electrode layer 16 can contact each other.
  • there is a possibility of short circuit and if the total thickness of the first electrochromic layer 13, the second electrochromic layer 15, and the electrolyte layer 14 exceeds 500 ⁇ m, the electrical conductivity decreases and the reaction rate decreases. It can be slow.
  • the electrolyte layer 14 is a layer that provides an environment for the movement of hydrogen ions or lithium ions for discoloration or decolorization of the electrochromic layers 13 and 15, and a liquid polymer electrolyte that can be hardened by ultraviolet ray irradiation can be used.
  • Ultraviolet curing resin can be composed of a mixture of PEG-based or urethane-based oligomers, low molecular weight PEGDMe, PEGDA, and a light or thermal initiator, and a liquid electrolyte is formed by dissolving an electrolyte salt in a solvent.
  • the solvent can be single or It can be used in combination, and electrolyte salts can be compounds containing H + , Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + , for example, LiTFSI, LiFSI, LiBOB, LiClO 4 , LiBF 4 , Lithium salt compounds such as LiAsF 6 or LiPF 6 may be used singly or in combination.
  • the electrolyte layer 14 composed in this way is formed in a layered form by gap coating between the first electrochromic layer 13 and the second electrochromic layer 15 with uniform intervals, preferably 10 ⁇ m to 200 ⁇ m. It can be formed as
  • the method of forming the electrode layers 12 and 16, the electrochromic layers 13 and 15, and the electrolyte layer 14 is not particularly limited, and known methods can be used. For example, any one of deposition, spin coating, dip coating, screen printing, gravure coating, sol-gel method, or slot die coating. Each floor can be prepared by .
  • the electrochromic device driving control device 100 of the present invention measures the electrical characteristics of a test device 20 having the same material and structure as the electrochromic device 10 described above, and externally detects the electrochromic device 10 during operation. Environmental conditions can be identified and used to control the operation of the electrochromic device 10.
  • the electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 for external environmental conditions may be measured in advance, and data correlating the electrical properties may be stored in the data storage unit 110.
  • the control unit 130 stores the data from the measured electrical characteristics of the test element 20 to the data storage unit 110.
  • the operation of the electrochromic device 10 can be controlled based on this.
  • Figure 4 is a diagram for explaining the measurement of electrical characteristics of an electrochromic device and a test device.
  • the principle of measuring the electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 is the same, and a data set in which the measured electrical characteristics are correlated is formed and stored in the data storage unit 110. You can.
  • the electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 are measured under the same external environmental conditions.
  • External environmental conditions can be factors such as temperature, illumination, humidity, and airflow, and can form an n-dimensional data structure combining these factors. For example, while changing temperature and illuminance, their data can be combined to form a two-dimensional data structure.
  • the circuit configuration in the dotted box represents an equivalent model of the electrochromic device 10 or the test device 20, and a driving voltage V dc of a preset size for the electrochromic device 10 or the test device 20.
  • V dc a driving voltage of a preset size for the electrochromic device 10 or the test device 20.
  • the driving voltage V dc After applying the driving voltage V dc , if a floating state is created, the external resistance becomes infinite and the internal voltage Vc(t) of the electrochromic device 10 or the test device 20 can be measured.
  • the first driving parameter applied to the electrochromic device 10 and the second driving parameter applied to the test device 20 so that the electrochromic device 10 and the test device 20 achieve the same transmittance.
  • Parameters can be detected in advance through experiment, and a data set that correlates these parameters can be constructed and stored in the data storage unit 110.
  • the first driving parameter and the second driving parameter are the size of the driving voltage applied to the electrochromic element 10 and the test element 20, the application time of the driving voltage, and the current value change waveform or resistance according to the application of the driving voltage, respectively. It may include information such as value change waveforms.
  • the electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 according to external environmental conditions are stored in the data storage unit 110, and during operation of the electrochromic device 10, the sensing unit ( When 120) measures the electrical characteristics of the test element 20, external environmental conditions and the electrical characteristics of the electrochromic element 10 can be derived from the electrical characteristics.
  • the test device 20 has a relatively faster response speed to external environmental conditions than the electrochromic device 10, so it quickly determines the external environmental conditions and the electrical characteristics of the electrochromic device 10, thereby causing electrochromic color change.
  • Driving of the device 10 can be controlled.
  • Figure 5 is a graph for comparing changes in current values and internal voltages according to driving voltage application time when coloring an electrochromic device.
  • the experimental results for three panels on which the electrochromic device 10 is installed are shown, showing the current value change waveforms when the same driving voltage is applied to the light-resistant panel, the heat-resistant panel, and the general panel, and the waveforms when plotted.
  • the internal voltage value change waveforms are shown.
  • the light-resistant panel is a Flexade B panel with experimental conditions of 1 sun (100mW/cm 2 ) irradiation and an external environment of 85°C
  • the heat-resistant panel is a Flexade B panel with experimental conditions of an external environment of 85°C
  • the general panel is at room temperature. refers to the Flexade B panel.
  • a driving voltage of 1.5V is applied to the first area 101, and no voltage is applied to the second area 102.
  • the current of the room temperature (normal) panel changes from 105 mA to 28 mA
  • the current of the heat-resistant panel changes from 105 mA to 40 mA
  • the current of the light-resistant panel changes from 80 mA to 40 mA.
  • the voltage of the room temperature (normal) panel changes from 1.1V to 1.05V
  • the voltage of the heat-resistant panel changes from 1.0V to 0.9V
  • the voltage of the light-resistant panel changes from 0.95V to 0.8V.
  • the X-axis interval in FIG. 5 is 1.4 s, and current and voltage measurements in the first area 101 and the second area 102 were performed at 1/100 second intervals.
  • the initial current value was about 80 mA, which was lower than the initial current value (100-110 mA) of general panels and heat-resistant panels.
  • the initial current values of the light-resistant panel and the heat-resistant panel appeared different, but at the end of applying the driving voltage, the current values of the light-resistant panel and the heat-resistant panel appeared similar.
  • the initial current values of the heat-resistant panel and the general panel appeared similar, but at the end of applying the driving voltage, the current value of the general panel appeared lower than that of the heat-resistant panel.
  • the amount of charge applied to each panel is calculated. Compared to the same time, the largest amount of charge was applied to the heat-resistant panel, followed by the general panel and the light-resistant panel in that order. This has been approved a lot.
  • the second area 102 represents waveforms of changes in internal voltage values when floating for the light-resistant panel, heat-resistant panel, and general panel, and the internal voltage (V) can be derived as shown in the following equation.
  • V 0 is the driving voltage
  • R is the resistance of the electrochromic device
  • C is the capacity of the electrochromic device
  • t is time.
  • the internal voltage of the light-resistant panel slightly decreased compared to the internal voltage of the heat-resistant panel, and since the voltage value change waveforms of the light-resistant panel and the heat-resistant panel appear in a similar form throughout the second area 102, the light-resistant panel
  • the RC values of and heat-resistant panels can be assumed to be similar.
  • the transmittance of the three final colored panels was all similar.
  • Figure 6 is a graph for comparing changes in current values and internal voltages according to driving voltage application time when decolorizing an electrochromic device.
  • FIG. 6 the experimental results for three panels on which the electrochromic device 10 is installed are shown, showing the current value change waveforms when the same driving voltage is applied to the light-resistant panel, heat-resistant panel, and general panel, and when plotting.
  • the internal voltage value change waveforms are shown.
  • a driving voltage of -1.5V is applied to the third area 103, and no voltage is applied to the fourth area 104.
  • the current of the room temperature (normal) panel changes from -140 mA to -10 mA
  • the current of the heat-resistant panel changes from -140 mA to -60 mA
  • the current of the light-resistant panel changes from -115 mA to -60 mA.
  • the voltage of the room temperature (normal) panel changes from -0.3V to -0.2V
  • the voltage of the heat-resistant panel changes from -0.3V to -0.17V
  • the voltage of the light-resistant panel changes from -0.17V to + It changes to 0.08V.
  • the X-axis interval in FIG. 6 is 1.4 s, and current and voltage measurements in the third area 103 and the fourth area 104 were performed at 1/100 second intervals.
  • the initial current value was approximately -115 mA, which was lower than the initial current value (-140 mA) of general panels and heat-resistant panels.
  • the initial current values of the light-resistant panel and the heat-resistant panel appeared different, but at the end of applying the driving voltage, the current values of the light-resistant panel and the heat-resistant panel appeared similar.
  • the initial current values of the heat-resistant panel and the general panel appeared similar, but at the end of applying the driving voltage, the current value of the general panel appeared lower than that of the heat-resistant panel.
  • the amount of charge applied to each panel is calculated. Compared to the same time, the largest amount of charge was applied to the heat-resistant panel, followed by the general panel and the light-resistant panel in that order. This has been approved a lot.
  • the fourth area 104 shows waveforms of changes in internal voltage values when floating for the light-resistant panel, heat-resistant panel, and general panel.
  • the internal voltage of the light-resistant panel has decreased significantly compared to the internal voltage of a regular panel, and this is believed to be due to changes in the RC value.
  • the internal voltage of the light-resistant panel is significantly reduced compared to the internal voltage of the heat-resistant panel, and the voltage value change waveforms of the light-resistant panel and the heat-resistant panel appear in a similar form throughout the fourth region 104, so the light-resistant panel and the heat-resistant panel appear in similar shapes.
  • the RC values of the panels can be assumed to be similar.
  • the transmittance of the three final bleached panels was all similar.
  • Figure 7 is a graph for comparing changes in current values and resistance values measured by temperature at the beginning of coloring of the electrochromic device.
  • the sensing unit 120 of the electrochromic device driving control device 100 of the present invention determines the magnitude of the test voltage applied to the test device 20 and the current according to the application of the test voltage. A value change waveform or a resistance value change waveform can be detected.
  • the control unit 130 calculates a slope value at one or more specific times for the current value change waveform or resistance value change waveform of the test element 20 transmitted from the sensing unit 120, and determines the electrical characteristics of the test element 20. can be figured out.
  • the control unit 130 receives external environmental conditions and the current value change waveform or resistance value change waveform of the electrochromic element 10 from the data storage unit 110 based on the current value change waveform or resistance value change waveform of the test element 20. By deriving , the magnitude of the driving voltage applied to the electrochromic device 10 or the application time of the driving voltage can be controlled so that the electrochromic device 10 changes to the desired target transmittance.
  • the data storage unit 110 applies a driving voltage to the electrochromic element 10 and the test element 20 under the same external environmental conditions, and sets the first setting time (t 1 ) and the second setting time.
  • the slope values of each current value change waveform or resistance value change waveform are calculated, and the two slope values of the electrochromic element 10 and the two slope values of the test element 20 are matched with each other. Data subsets can be stored.
  • the second slope value (A 2 ) of the current value change waveform of the electrochromic device 10 measured at (t 2 ) is configured as the first data subset (A 1 , A 2 ), and the first set time (t)
  • the slope value (a 2 ) can be configured as a second data subset (a 1 , a 2 ), and the data subsets matching them can be stored in the data storage unit 110 .
  • the second slope value (R 2 ) of the resistance value change waveform of the electrochromic element 10 measured at the set time (t 2 ) is configured as the first data subset (R 1 , R 2 ), and the first set time
  • the second slope value (r 2 ) may be configured as a second data subset (r 1 , r 2 ), and the data subsets matching these may be stored in the data storage unit 110.
  • data subsets regarding slope values at external temperatures of 60°C and 40°C can be constructed and stored in the data storage unit 110.
  • the current value change waveform or the resistance value change waveform may appear in a similar pattern.
  • the external environmental conditions can be more precisely distinguished, and thus the electrochromic device (10 ) can be controlled.
  • Figure 8 is a graph for comparing changes in current values and resistance values measured by temperature in the early stages of decolorization of an electrochromic device.
  • the data storage unit 110 applies a driving voltage to the electrochromic element 10 and the test element 20 under the same external environmental conditions, and sets the first set time (t 1 ) and the second set time.
  • the slope values of each current value change waveform or resistance value change waveform are calculated, and the two slope values of the electrochromic element 10 and the two slope values of the test element 20 are matched to each other. Subsets can be stored.
  • Figure 9 is a graph for comparing changes in current values and resistance values for each temperature according to the driving voltage application time for color removal.
  • the resistance value at high temperature (80°C) is measured to be greater than the resistance value at low temperature (40°C), but at the point when coloring is completed, the resistance values are measured similarly.
  • the current value at high temperature 80°C
  • the current value at low temperature 40°C
  • the resistance value at high temperature (80°C) is measured to be greater than the resistance value at low temperature (40°C), and after 300 seconds, the resistance value at low temperature (40°C) is measured. It is measured to be larger than the resistance value at high temperature (80°C), but it is presumed to be a measurement error.
  • Figure 10 is a flowchart illustrating a method for controlling the operation of an electrochromic device according to an embodiment of the present invention.
  • the electrochromic device driving control method of the present invention is to drive the electrochromic device 10 by measuring the electrical characteristics of a test device 20 having the same material and structure as the electrochromic device 10.
  • the data storage unit 110 stores data that matches changes in electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 according to external environmental conditions (S110).
  • External environmental conditions may be environmental factors such as temperature, illuminance, humidity, and airflow outside the electrochromic device 10.
  • changes in electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 can be matched to each other at the same transmittance.
  • An n-dimensional data structure is formed by combining environmental factors such as external temperature, illumination, humidity, and airflow, and the electrochromic element 10 and the test element 20 are used for the change amount or change rate for each element. Data on changes in electrical characteristics can be accumulated.
  • the data storage unit 110 stores data on changes in electrical characteristics of the test element 20 due to changes in thermal state or optical state, and stores the area of the electrochromic element 10 and the test element 20. ) can store the correlation equation of electrical characteristics according to the area ratio.
  • the electrochromic device 10 and the test device 20 are made of the same material and structure, but their area sizes are different, so the size of the driving voltage, the application time of the driving voltage, and plotting to achieve the same transmittance under the same environmental conditions. Time, etc. are applied differently, and accordingly, the current value change waveform, resistance value change waveform, etc. may appear differently.
  • a correlation equation between the electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 is derived and stored in the data storage unit 110. It can be.
  • the sensing unit 120 measures the electrical characteristics of the test device 20 (S120).
  • the sensing unit 120 may detect the magnitude of the test voltage applied to the test element 20 and the current value change waveform or resistance value change waveform according to the application of the test voltage.
  • control unit 130 analyzes the external environmental conditions from the electrical characteristics of the test element 20 measured by the sensing unit 120 and adjusts the size or voltage application time of the driving voltage applied to the electrochromic element 10. Do it (S130).
  • control unit 130 calculates the current value slope or resistance value slope at one or more specific times for the current value change waveform or resistance value change waveform transmitted from the sensing unit 120, and stores the current value slope or resistance value slope in the data storage unit 110. By comparing the stored current value slope or resistance value slope, the electrical characteristics of the test element 20 can be determined.
  • the control unit 130 applies an interpolation method to determine the electrical characteristics of the test element 20. can be calculated, and according to this, the electrical characteristics of the electrochromic device 10 can be corrected, and the driving of the electrochromic device 10 can be controlled.
  • the data calculated by applying the interpolation method is stored in the data storage unit 110. It can be stored separately.
  • Data to which the interpolation method has been applied can later be replaced with data on electrical characteristics measured from the electrochromic device 10 and the test device 20 while changing external environmental conditions in more detail. For example, if there was existing data measured at 40°C and 60°C and there was no data measured at a specific temperature between 40°C and 60°C, and an interpolation method was applied, then the temperature between 40°C and 60°C was used.
  • the interval can be set to be narrower, and data on the electrical characteristics of the electrochromic device 10 and the test device 20 measured at the corresponding temperature can be generated and stored in the data storage unit 110.
  • control unit 130 while applying the first driving voltage to the electrochromic element 10, the control unit 130 adjusts the size or size of the second driving voltage according to the electrical characteristics of the test element 20 transmitted from the sensing unit 120. By determining the voltage application time, it is possible to control the application of voltage to the electrochromic element 10.
  • the current value change waveform flowing through the electrochromic element 10 changes depending on the magnitude of the driving voltage, and the amount of charge is calculated by integrating the current value change waveform with respect to time.
  • the driving voltage application time for accumulating the same amount of charge in the electrochromic device 10 may be shortened.
  • the electrochromic device driving control device 100 of the present invention determines the electrical characteristics of the test device 20 transmitted from the sensing unit 120 while applying the first driving voltage to the electrochromic device 10, and monitors the external environment. When conditions change, the size of the second driving voltage can be changed or the application time of the driving voltage can be adjusted to control the electrochromic element 10 to change to a desired target transmittance within a desired target time.
  • the embodiments described above may be implemented with hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components.
  • the devices, methods, and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, and a field programmable gate (FPGA). It may be implemented using one or more general-purpose or special-purpose computers, such as an array, programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions.
  • a processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications that run on the operating system. Additionally, a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software.
  • OS operating system
  • a processing device may access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of software.
  • a single processing device may be described as being used; however, those skilled in the art will understand that a processing device includes multiple processing elements and/or multiple types of processing elements. It can be seen that it may include.
  • a processing device may include multiple processors or one processor and one controller. Additionally, other processing configurations, such as parallel processors, are possible.
  • electrolyte layer 15 second electrochromic layer
  • Test element 100 Electrochromic element driving control device
  • control unit 130 control unit

Landscapes

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Abstract

본 발명은 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 전기변색소자와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 외부 환경 조건을 신속하게 파악하여 전기변색소자의 구동을 제어할 수 있는 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 장치는, 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자의 구동을 제어하는 장치로서, 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 저장하는 데이터 저장부, 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 측정하는 센싱부, 및 상기 센싱부에서 측정된 테스트 소자의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 상기 전기변색소자로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 조정하는 제어부를 포함한다.

Description

전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법
본 발명은 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 전기변색소자와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 외부 환경 조건을 신속하게 파악하여 전기변색소자의 구동을 제어할 수 있는 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
전기변색(Electrochromism)이란 전압을 인가하면 전계방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상으로, 이러한 특성을 지닌 소자를 전기변색소자 (Electrochromic Devices)라고 한다. 전기변색소자는 외부에서 전자 이동이 없을 경우에는 색을 띠고 있지 않다가, 전자가 공급되어 환원되거나 전자를 잃어 산화되는 경우 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 전자공급이 없을 경우 색을 띠고 있다가 전자가 공급되어 환원되거나 전자를 잃어버려 산화되는 경우 색이 사라지는 특성을 갖는다.
전기변색소자는 건축용 창유리나 자동차 미러의 광 투과도 또는 반사도를 조절하는 용도로 이용되고 있으며, 최근에는 가시광선 영역에서의 색 변화 뿐만 아니라 적외선 차단효과까지 있다는 것이 알려지면서 에너지 절약형 제품으로의 응용 가능성에 대해서도 큰 관심을 받고 있다.
전기변색소자는 소정 간격의 투명 기판사이에 전극층, 전기 변색층, 전해질층이 순차적으로 적층되어 외부 전원공급에 의하여 전기 변색층이 변색된다. 이와 같은 전기 변색층은 산화, 환원 반응에 의해 변색되는데, 사용되는 변색물질에 따라 변색 응답속도나 변색범위와 같은 변색성능이 제한된다.
전기변색소자를 원하는 착탈색 레벨로 변화시켜서, 전기변색소자를 목표 투과율로 제어하는 과정에서, 태양광, 온도, 습도, 기류 등과 같은 외부 환경 조건이 전기변색소자의 투과율에 영향을 미치므로, 이들의 영향을 반영하여 전기변색소자를 정밀하게 제어할 필요가 있다.
종전에는 전기변색소자의 정밀 제어를 위해 광센서, 온도센서, 조도센서 등 여러 센서를 사용하여, 전기변색소자의 외부 환경 조건을 파악하였다. 센서들에서 파악된 정보는 전기변색소자에 대한 구동 전압의 크기, 구동 전압 인가 시간 등의 구동 파라미터의 변경에 반영되어, 전기변색소자의 제어에 활용되었다.
그러나, 전기변색소자의 외부 환경 조건을 파악하기 위해 여러 센서를 사용하는 것은 운영 면에 있어서 비효율적이며, 전기변색소자의 착탈색에 상대적으로 긴 시간이 필요하므로, 센서에서 파악된 정보를 전기변색소자의 구동에 즉각적으로 반영하여 정밀하게 제어하는데 한계가 있다.
따라서, 외부 환경 조건이 전기변색소자의 투과율에 미치는 영향을 신속하고 정확하게 파악하여, 전기변색소자의 구동을 정밀하게 제어할 수 있는 방안에 대한 연구 개발의 필요성이 있다.
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기변색소자와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 외부 환경 조건을 신속하게 파악하여 전기변색소자의 구동을 제어할 수 있는 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전기변색소자의 구동에 영향을 미치는 외부 환경 조건을 파악하기 위해 광센서, 온도센서, 조도센서 등 여러 센서를 사용할 필요없이, 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 측정하여, 전기변색소자를 원하는 착탈색 레벨로 정밀하게 제어할 수 있는 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 장치는, 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자의 구동을 제어하는 장치로서, 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 저장하는 데이터 저장부, 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 측정하는 센싱부, 및 상기 센싱부에서 측정된 테스트 소자의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 상기 전기변색소자로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 조정하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 데이터 저장부는, 열적 상태 변화 또는 광학적 상태 변화에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화에 관한 데이터, 및 상기 전기변색소자의 면적과 상기 테스트 소자의 면적 비율에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이터 저장부는, 동일한 외부 환경 조건 하에서, 상기 전기변색소자와 상기 테스트 소자에 각각 구동 전압을 인가하고, 제1 설정 시각과 제2 설정 시각에서 각각의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형의 기울기 값들을 산출하고, 상기 전기변색소자의 2개의 기울기 값들과 상기 테스트 소자의 2개의 기울기 값들을 상호 매칭시킨 데이터 서브 세트들을 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 테스트 소자의 면적은 100cm2 이하로 구성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱부는, 상기 테스트 소자에 인가되는 테스트 전압의 크기, 및 테스트 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 센싱부로부터 전달되는 상기 테스트 소자의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형에 대해 하나 이상의 특정 시각에서의 전류 값 기울기 또는 저항 값 기울기를 산출하여, 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 파악할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 센싱부에서 측정된 상기 테스트 소자의 전기적 특성이 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터와 일치하지 않으면, 보간법을 적용하여 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 산출할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전기변색소자에 제1 구동 전압을 인가 중에, 상기 센싱부로부터 전달되는 상기 테스트 소자의 전기적 특성에 따라 제2 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 결정하여, 상기 전기변색소자에 전압을 인가하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 방법은, 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자의 구동을 제어하는 방법으로서, (a) 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 데이터 저장부가 저장하는 단계, (b) 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 센싱부가 측정하는 단계, 및 (c) 상기 센싱부에서 측정된 테스트 소자의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 상기 전기변색소자로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 제어부가 조정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 (a) 단계는, 열적 상태 변화 또는 광학적 상태 변화에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화에 관한 데이터, 및 상기 전기변색소자의 면적과 상기 테스트 소자의 면적 비율에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (b) 단계는, 상기 테스트 소자에 인가되는 테스트 전압의 크기, 및 테스트 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는, 상기 센싱부로부터 전달되는 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형에 대해 하나 이상의 특정 시각에서의 전류 값 기울기 또는 저항 값 기울기를 산출하여, 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 파악하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법은, 전기변색소자와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 외부 환경 조건을 신속하게 파악하여, 전기변색소자의 구동 전압 크기 또는 구동 전압 인가 시간 등을 제어함으로써, 외부 환경 조건 변화에 따라 유연하게 대응할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기변색소자 구동 제어 장치 및 방법은, 전기변색소자의 구동에 영향을 미치는 외부 환경 조건을 파악하기 위해 광센서, 온도센서, 조도센서 등 여러 센서를 사용할 필요가 없으므로, 센싱 구조를 간단히 하면서도, 전기변색소자의 전기적 특성 변화와 상관 관계를 갖는 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 측정하여, 전기변색소자를 원하는 착탈색 레벨로 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 전기변색소자와 테스트 소자의 배치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 전기변색소자의 단면도이다.
도 4는 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전기변색소자의 착색 시, 구동 전압 인가 시간에 따른 전류 값들과 내부 전압들의 변화를 비교하기 위한 그래프이다.
도 6은 전기변색소자의 탈색 시, 구동 전압 인가 시간에 따른 전류 값들과 내부 전압들의 변화를 비교하기 위한 그래프이다.
도 7은 전기변색소자의 착색 초기에, 온도별로 측정된 전류 값들과 저항 값들의 변화를 비교하기 위한 그래프들이다.
도 8은 전기변색소자의 탈색 초기에, 온도별로 측정된 전류 값들과 저항 값들의 변화를 비교하기 위한 그래프들이다.
도 9는 착탈색을 위한 구동 전압 인가 시간에 따른 온도별 전류 값들과 저항 값들의 변화를 비교하기 위한 그래프들이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이며, 도 2는 전기변색소자와 테스트 소자의 배치를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전기변색소자 구동 제어 장치(100)는, 전기변색소자(10)와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자(20)의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자(10)의 구동을 제어하는 장치로서, 데이터 저장부(110), 센싱부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.
데이터 저장부(110)는 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 저장한다. 외부 환경 조건은 전기변색소자(10) 외부의 빛, 열, 습도 등의 환경적인 요소가 될 수 있다.
전기변색소자(10)의 착탈색 변화 시, 빛, 열, 습도 등과 같은 외부 환경 조건에 의한 영향을 받을 수 있으며, 전기변색소자(10)를 동일한 투과율로 변경시키기 위한 구동 및 제어도 외부 환경 조건에 따라 미세한 차이가 발생할 수 있다.
데이터 저장부(110)는, 열적 상태 변화 또는 광학적 상태 변화에 따른 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화에 관한 데이터를 저장한다.
또한, 데이터 저장부(110)는 전기변색소자(10)의 면적과 테스트 소자(20)의 면적 비율에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장할 수 있다. 상관 관계식은 예를 들어, 함수 또는 룩업 테이블(lookup table) 형태로 구성될 수 있다.
테스트 소자(20)는 전기변색소자(10)와 동일한 재료와 구조로 이루어지며, 전기변색소자(10)에 비해 상대적으로 작은 면적을 가지므로, 외부 환경 조건 변화에 대해 전기변색소자(10) 보다 더 빠르게 반응한다.
테스트 소자(20)의 X축 방향의 길이(X2)와 Y축 방향의 길이(Y2)는, 전기변색소자(10)의 X축 방향의 길이(X1)와 Y축 방향의 길이(Y1)에 대해 동일한 비율로 축소될 수 있다.
다른 예에서, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 X축 방향의 길이에 대한 비율(X1:X2)과 Y축 방향의 길이에 대한 비율(Y1:Y2)은 상이하게 조정될 수 있다.
데이터 저장부(110)는 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 X축 방향의 길이에 대한 비율과 Y축 방향의 길이에 대한 비율에 관한 데이터를 저장할 수 있으며, 길이 비율의 변화에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 테스트 소자(20)의 면적은 100cm2 이하로 구성될 수 있다. 테스트 소자(20)는 전기변색소자(10)가 설치된 창호 상의 소정 위치에 배치될 수 있으며, 창호의 외관, 창호 설치를 위한 배선 등을 고려하여, 그 크기 및 위치가 변경될 수 있다.
데이터 저장부(110)는 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 저장할 뿐만 아니라, 전기변색소자(10)의 전반적인 구동에 필요한 데이터, 명령어 및/또는 소프트웨어를 저장할 수 있으며, 전기변색소자(10)의 착탈색 레벨 변화에 필요한 전압, 전류, 인가 시간 등의 상세 정보를 저장할 수 있다.
데이터 저장부(110)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory) 또는 PROM(programmable read-only memory) 등의 저장매체를 포함할 수 있다.
센싱부(120)는 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 측정한다. 전기적 특성은, 예를 들어, 테스트 소자(20)를 구동시키는 구동 전압 크기, 구동 전압 인가 시간에 따른 전류 값의 변화 또는 테스트 소자(20)의 저항 값의 변화가 될 수 있다.
제어부(130)는 센싱부(120)에서 측정된 테스트 소자(20)의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 전기변색소자(10)로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 조정한다.
제어부(130)는 전기변색소자(10) 착탈색의 레벨 변화를 위한 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 변경할 수 있다.
제어부(130)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 또는 마이크로 프로세서(microprocessors) 등을 이용하여 구현될 수 있다.
전기변색소자(10)는 2 이상의 착탈색 레벨을 가질 수 있으며, 착탈색 레벨에 따라 전기변색소자(10)가 설치된 창호의 빛 투과율이 변할 수 있다.
예를 들어, 전기변색소자(10)의 착탈색 레벨 1에서 투과율이 70%이며, 레벨 2에서 투과율이 50%이고, 레벨 3에서 투과율이 30%이고, 레벨 4에서 투과율이 10%가 될 수 있다. 전기변색소자(10)가 착색되면, 레벨 1에서 레벨 4 방향으로 투과율이 감소하며, 전기변색소자(10)가 탈색되면, 레벨 4에서 레벨 1 방향으로 투과율이 증가할 수 있다.
전기변색소자(10)가 착색되기 위해 정전압이 걸리며, 레벨 1에서 레벨 4까지 각각의 레벨로 변화하기 위한 전압 세기는 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 레벨 1에서 레벨 2로 변하기 위한 정전압 크기 변화는 0.5V인데 반해, 레벨 2에서 레벨 3로 변하기 위한 정전압 크기 변화는 0.7V가 될 수 있다.
한편, 전기변색소자(10)가 탈색되기 위해 역전압이 걸리며, 레벨 4에서 레벨 1까지 각각의 레벨로 변화하기 위한 전압 세기는 상이하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 레벨 3에서 레벨 4로 변화시키기 위해 필요한 정전압 크기의 절대값은 레벨 4에서 레벨 3로 변화시키기 위해 필요한 역전압 크기의 절대값보다 크게 구성될 수 있다.
본 명세서에 기재된 전기변색소자의 착탈색 레벨의 개수, 투과율, 전압 크기의 구체적 수치 등은 본 발명의 이해를 위한 예시적인 것으로, 본 발명의 사상은 이에 제한되지 않는다. 또한, 전기변색소자의 착탈색 레벨, 투과율은 특정 수치 뿐만 아니라 소정 수치 범위를 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 전기변색소자 구동 제어 장치(100)는 전기변색소자(10)로 인가되는 전압의 극성을 전환시키는 극성 전환 스위치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
극성 전환 스위치는 전기변색소자(10)에 인가되는 전압의 극성을 전환할 수 있다. 극성 전환 스위치는 제어부(130)의 제어에 따라 동작할 수 있으며, 전기변색소자(10)에 인가되는 전압의 방향을 변경할 수 있다.
예를 들어, 전기변색소자(10)의 착탈색 레벨을 1에서 2로 변화시키고자 하는 경우, 극성 전환 스위치는 전기변색소자(10)에 정전압이 걸리도록 작동할 수 있다. 한편, 전기변색소자(10)의 착탈색 레벨을 2에서 1로 변화시키고자 하는 경우, 극성 전환 스위치는 전기변색소자(10)에 역전압이 걸리도록 극성을 전환시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 전기변색소자의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전기변색소자(10)는 투명 기판(11, 17), 전극층(12, 16), 제1 전기변색층(13), 제2 전기 변색측(15) 및 전해질층(14)을 포함한다.
투명 기판(11, 17)은 태양광이 내부로 투과하도록 광투과율이 95% 이상인 투명 플라스틱이나 유리가 사용될 수 있다. 투명 플라스틱으로는 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 트리 아세틸셀룰로오스(TAC)가 사용될 수 있다. 투명 기판(11, 17)은 10㎛~5mm 두께로 형성될 수 있다.
전극층(12, 16)은 각각 상부 및 하부 투명 기판(11, 17)의 표면에 형성되어 빛의 투과를 방해하지 않으면서 전기가 흐를 수 있는 투명 전도성 재료로 형성된다.
전극층(12, 16)은, 예를 들어, ITO, ATO, FTO, IZO, ZnO, 구리 산화물, 아연 산화물, 티타늄 산화물과 같은 금속 산화물이 사용될 수 있다. 전극층(12, 16)은 스퍼터링과 같은 공지의 코팅공정을 통해 투명 기판(11, 17)에 박막의 필름형태로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 300nm~1,000nm 두께로 형성될 수 있다.
전기변색층(13, 15)은 전극층(12, 16) 상에 형성되어 공급되는 전원에 의해 주입되는 전하 또는 전해질 이온의 이동에 의해 변색되는 층으로, 제1 전기변색층(13)은 환원되어 변색되는 층이고, 제2 전기변색층(15)은 산화되어 변색되는 층이다. 제1 전기변색층(13)과 제2 전기변색층(15)은 전기신호에 따라 색이 변하는 전기변색 물질을 포함하는데, 유기계 또는 무기계 전기변색 물질일 수 있다. 유기계 전기변색물질로는 비올로겐, 안트라퀴논, 폴리아닐린, 폴리피놀 또는 폴리싸이오펜으로 이루어질 수 있으며, Ti, Nb, Mo, Ta, W, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, 및 Ir 의 산화물 중 하나 이상의 산화물을 무기변색 물질로 포함할 수 있다. 환원 변색물질로는 V2O5, Nb2O5, WO3, TiO2, MoO3, viologen, PEDOT 등이 사용될 수 있으며, 산화 변색물질로는 (NH4)Fe[Fe(CN)6], LiNiOx, LixCoO2, IrO, Rh2O3, NiO, Ir(OH)2, CoO2, ITO 등이 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색특성을 갖는 물질이 될 수 있으며, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라 가역적으로 전기변색물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다.
제1 전기변색층(13) 또는 제2 전기변색층(15)의 형성은 환원물질 또는 산화물질 중 어느 하나를 적층할 영역에 코팅한 후 건조하고 고온소성을 수행하게 되며, 제1 전기변색층(13)과 제2 전기변색층(15) 사이에 전해질층(14)이 삽입될 수 있다.
제1 전기변색층(13), 제2 전기변색층(15) 및 전해질층(14)은 전압을 가하면 색상이 변하는 전기변색원리를 이용하여 외부로부터의 전압 인가에 의해 가역적으로 색이 변하거나 투과율이 변하는 소자를 포함한다.
제1 전기변색층(13), 제2 전기변색층(15) 및 전해질층(14)의 총 두께는 10 내지 500㎛, 바람직하게는 20 내지 300㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 200㎛일 수 있다. 제1 전기변색층(13), 제2 전기변색층(15) 및 전해질층(14)의 총 두께가 10㎛ 미만인 경우, 제1 전극층(12)과 제2 전극층(16)이 맞닿을 수 있어서, 합선이 될 가능성이 있고, 제1 전기변색층(13), 제2 전기변색층(15) 및 전해질층(14)의 총 두께가 500㎛를 초과하는 경우, 전기전도도가 감소하여 반응 속도가 느려질 수 있다.
전해질층(14)은 전기 변색층(13, 15)의 변색이나 탈색을 위해 수소 이온이나 리튬 이온의 이동 환경을 제공하는 층으로, 자외선 조사에 따라 경화될 수 있는 액상의 고분자 전해질이 사용될 수 있다. 자외선 경화수지는 PEG계 또는 우레탄계 올리고머, 저분자량의 PEGDMe, PEGDA, 광 또는 열 개시제가 혼합하여 조성될 수 있으며, 여기에 용매에 전해질염이 녹은 액체 전해질이 형성된다.
이때, 용매는 Carbonate계(EC, PC, DMC, DEC, EMC 등), Alcohol계(Ethylene glycol 등), Nitrile계(Acetonitrile 등), Amide계(Acetamide 등), Sulfide계(Sulfolane 등)를 단일 혹은 혼합되어 사용될 수 있으며, 전해질염은 H+, Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+를 포함하는 화합물이 사용될 수 있는데, 예를 들어 LiTFSI, LiFSI, LiBOB, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, 또는 LiPF6 와 같은 리튬염 화합물이 단일 또는 복합되어 사용될 수 있다. 이와 같이 조성되는 전해질층(14)은 균일한 간격을 가지고 제1 전기변색층(13)과 제2 전기변색층(15) 사이에 갭 코팅되어 층상으로 형성되는데, 바람직하게는 10㎛~200㎛로 형성될 수 있다.
상기 전극층(12, 16)이나, 전기변색층(13, 15), 전해질층(14)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 증착(deposition), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 스크린 인쇄, 그라비아 코팅, 졸겔(sol-Gel)법, 또는 슬롯 다이 코팅(slot die) 중 어느 하나의 방법에 의해 각 층이 마련될 수 있다.
본 발명의 전기변색소자 구동 제어 장치(100)는 전술한 전기변색소자(10)와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자(20)에 대한 전기적 특성을 측정하여, 전기변색소자(10) 구동 중의 외부 환경 조건을 파악하고, 이를 전기변색소자(10)의 구동을 제어하는데 사용할 수 있다.
이를 위해, 외부 환경 조건에 대한 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 미리 측정하여, 전기적 특성들을 상호 연관시킨 데이터가 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
이후, 센싱부(120)가 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 측정하여, 제어부(130)로 전달하면, 제어부(130)는 테스트 소자(20)의 측정된 전기적 특성으로부터 데이터 저장부(110)에 저장된 외부 환경 조건 및 전기변색소자(10)의 전기적 특성에 대한 데이터를 호출하여, 이를 기반으로 전기변색소자(10)의 구동을 제어할 수 있다.
도 4는 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성 측정 원리는 동일하며, 각각 측정된 전기적 특성들을 상호 연관시킨 데이터 세트를 구성하여, 데이터 저장부(110)에 저장할 수 있다.
우선, 동일한 외부 환경 조건 하에서, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 측정한다. 외부 환경 조건은, 온도, 조도, 습도, 기류 등의 요소가 될 수 있으며, 이들 요소를 조합시킨 n차원 데이터 구조를 형성할 수 있다. 예를 들어, 온도와 조도를 각각 변화시키면서, 그들의 데이터를 조합하여 2차원 데이터 구조를 형성할 수 있다.
도 4에서, 점선의 박스 안의 회로 구성은 전기변색소자(10) 또는 테스트 소자(20)의 등가 모델을 나타내며, 전기변색소자(10) 또는 테스트 소자(20)에 미리 설정된 크기의 구동 전압 Vdc를 인가한다. 전술한 바와 같이, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)는 면적 크기가 상이하므로, 테스트 소자(20)에는 전기변색소자(10)에 비해 작은 크기의 구동 전압이 인가되어야 테스트 소자(20)가 손상되지 않을 수 있다.
구동 전압 Vdc 인가 후, 플로팅(floating) 상태를 만들면, 외부 저항이 무한대가 되어 전기변색소자(10) 또는 테스트 소자(20)의 내부 전압 Vc(t)을 측정할 수 있다.
센싱부(120)는, 전기변색소자(10) 또는 테스트 소자(20)의 양단에 센싱 라인을 통해 전기적으로 연결됨으로써, 전기변색소자(10) 또는 테스트 소자(20)의 양단 전압 Vc(t)를 검출할 수 있다. 한편, 전류를 측정하기 위해 (-)가 접지되는 지점에 저항 Ri를 배치하여, I=V/R 수식에 따라 전류 값을 도출할 수 있으며, 시간에 따른 전류 값 변화 파형을 획득할 수 있다.
동일한 외부 환경 조건 하에서, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)가 동일한 투과율을 달성하기 위해 전기변색소자(10)에 적용되는 제1 구동 파라미터와 테스트 소자(20)에 적용되는 제2 구동 파라미터를 실험에 의해 미리 검출하며, 이들 파라미터들을 상호 연관시킨 데이터 세트를 구성하여, 데이터 저장부(110)에 저장할 수 있다.
여기서, 제1 구동 파라미터와 제2 구동 파라미터는 각각 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)에 인가되는 구동 전압의 크기, 구동 전압의 인가 시간, 구동 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형 등의 정보를 포함할 수 있다.
위와 같은 과정을 거쳐 데이터 저장부(110)에 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성이 저장된 상태에서, 전기변색소자(10)의 구동 중에, 센싱부(120)가 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 측정하면, 해당 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건 및 전기변색소자(10)의 전기적 특성이 도출될 수 있다.
이때, 테스트 소자(20)는 외부 환경 조건에 대한 반응 속도가 전기변색소자(10)에 비해 상대적으로 빠르므로, 신속하게 외부 환경 조건 및 전기변색소자(10)의 전기적 특성을 파악하여, 전기변색소자(10)의 구동이 제어될 수 있다.
도 5는 전기변색소자의 착색 시, 구동 전압 인가 시간에 따른 전류 값들과 내부 전압들의 변화를 비교하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 전기변색소자(10)가 설치된 3개의 패널에 대한 실험 결과를 나타내며, 내광 패널, 내열 패널, 일반 패널에 대해 동일한 구동 전압을 인가했을 때 전류 값 변화 파형들과, 플로팅 시의 내부 전압 값 변화 파형들이 도시된다.
실험에는 오리온엔이에스社의 100×100mm Flexade B 패널이 사용되었다. 여기서, 내광 패널은 1sun(100mW/cm2) 조사, 외부 환경이 85℃인 실험 조건이 적용된 Flexade B 패널, 내열 패널은 외부 환경이 85℃인 실험 조건이 적용된 Flexade B 패널, 일반 패널은 상온 상태의 Flexade B 패널을 의미한다.
제1 영역(101)에서는 1.5V의 구동 전압이 인가되며, 제2 영역(102)에서는 전압이 인가되지 않는다.
제1 영역(101)에서 상온(일반) 패널의 전류는 105mA에서 28mA로 변하며, 내열 패널의 전류는 105mA에서 40mA로 변하고, 내광 패널의 전류는 80mA에서 40mA로 변한다.
제2 영역(102)에서 상온(일반) 패널의 전압은 1.1V에서 1.05V로 변하며, 내열 패널의 전압은 1.0V에서 0.9V로 변하고, 내광 패널의 전압은 0.95V에서 0.8V로 변한다.
도 5의 X축 간격은 1.4s 이며, 제1 영역(101)과 제2 영역(102)에서 전류와 전압의 측정은 1/100sec 간격으로 실행되었다.
내광 패널의 경우, 착색 시, 초기 전류 값이 약 80mA로 일반 패널과 내열 패널의 초기 전류 값(100~110mA)에 비해 낮게 나타났다.
구동 전압 인가의 시작 시점에서, 내광 패널과 내열 패널의 초기 전류 값은 상이하게 나타났으나, 구동 전압 인가의 종료 시점에서, 내광 패널과 내열 패널의 전류 값은 유사하게 나타났다.
또한, 구동 전압 인가의 시작 시점에서, 내열 패널과 일반 패널의 초기 전류 값은 유사하게 나타났으나, 구동 전압 인가의 종료 시점에서, 일반 패널의 전류 값은 내열 패널의 전류 값에 비해 낮게 나타났다.
제1 영역(101)의 전류 값 변화 파형들을 시간에 대해 적분하면 각각의 패널에 인가되는 전하량이 산출되며, 동시간 대비 내열 패널에서 가장 많은 전하량이 인가되었으며, 이어서 일반 패널, 내광 패널 순으로 전하량이 많이 인가되었다.
제2 영역(102)은 내광 패널, 내열 패널, 일반 패널에 대해 플로팅 시의 내부 전압 값 변화 파형들을 나타내며, 내부 전압(V)은 하기 수학식과 같이 도출될 수 있다.
Figure PCTKR2023007401-appb-img-000001
여기서, V0는 구동 전압, R은 전기변색소자의 저항, C는 전기변색소자의 용량, t는 시간이며, RC 값이 클 수록 내부 전압(V)은 느리게 변화한다.
플로팅의 시작 시점에서 내부 전압들을 비교하면, 일반 패널의 내부 전압에 비해 내열 패널의 내부 전압이 상당히 감소했으며, 이는 RC 값의 변동에 의한 것으로 파악된다.
또한, 플로팅의 시작 시점에서 내광 패널의 내부 전압은 내열 패널의 내부 전압에 비해 소폭 감소했으며, 제2 영역(102) 전체적으로 내광 패널과 내열 패널의 전압 값 변화 파형들이 유사한 형태로 나타나므로, 내광 패널과 내열 패널의 RC 값은 유사한 것으로 추정할 수 있다.
최종 착색된 3개 패널의 투과율은 모두 유사하였다.
도 6은 전기변색소자의 탈색 시, 구동 전압 인가 시간에 따른 전류 값들과 내부 전압들의 변화를 비교하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하면, 전기변색소자(10)가 설치된 3개의 패널에 대한 실험 결과를 나타내며, 내광 패널, 내열 패널, 일반 패널에 대해 동일한 구동 전압을 인가했을 때 전류 값 변화 파형들과, 플로팅 시의 내부 전압 값 변화 파형들이 도시된다.
제3 영역(103)에서는 -1.5V의 구동 전압이 인가되며, 제4 영역(104)에서는 전압이 인가되지 않는다.
제3 영역(103)에서 상온(일반) 패널의 전류는 -140mA에서 -10mA로 변하며, 내열 패널의 전류는 -140mA에서 -60mA로 변하고, 내광 패널의 전류는 -115mA에서 -60mA로 변한다.
제4 영역(104)에서 상온(일반) 패널의 전압은 -0.3V에서 -0.2V로 변하며, 내열 패널의 전압은 -0.3V에서 -0.17V로 변하고, 내광 패널의 전압은 -0.17V에서 +0.08V로 변한다.
도 6의 X축 간격은 1.4s 이며, 제3 영역(103)과 제4 영역(104)에서 전류와 전압의 측정은 1/100sec 간격으로 실행되었다.
내광 패널의 경우, 탈색 시, 초기 전류 값이 약 -115mA로 일반 패널과 내열 패널의 초기 전류 값(-140mA)에 비해 낮게 나타났다.
구동 전압 인가의 시작 시점에서, 내광 패널과 내열 패널의 초기 전류 값은 상이하게 나타났으나, 구동 전압 인가의 종료 시점에서, 내광 패널과 내열 패널의 전류 값은 유사하게 나타났다.
또한, 구동 전압 인가의 시작 시점에서, 내열 패널과 일반 패널의 초기 전류 값은 유사하게 나타났으나, 구동 전압 인가의 종료 시점에서, 일반 패널의 전류 값은 내열 패널의 전류 값에 비해 낮게 나타났다.
제3 영역(103)의 전류 값 변화 파형들을 시간에 대해 적분하면 각각의 패널에 인가되는 전하량이 산출되며, 동시간 대비 내열 패널에서 가장 많은 전하량이 인가되었으며, 이어서 일반 패널, 내광 패널 순으로 전하량이 많이 인가되었다.
제4 영역(104)은 내광 패널, 내열 패널, 일반 패널에 대해 플로팅 시의 내부 전압 값 변화 파형들을 나타낸다.
플로팅의 시작 시점에서 내부 전압들을 비교하면, 일반 패널의 내부 전압에 비해 내광 패널의 내부 전압이 상당히 감소했으며, 이는 RC 값의 변동에 의한 것으로 파악된다.
또한, 플로팅 시, 내광 패널의 내부 전압은 내열 패널의 내부 전압에 비해 대폭 감소했으며, 제4 영역(104) 전체적으로 내광 패널과 내열 패널의 전압 값 변화 파형들이 유사한 형태로 나타나므로, 내광 패널과 내열 패널의 RC 값은 유사한 것으로 추정할 수 있다.
최종 탈색된 3개 패널의 투과율은 모두 유사하였다.
도 7은 전기변색소자의 착색 초기에, 온도별로 측정된 전류 값들과 저항 값들의 변화를 비교하기 위한 그래프들이다.
도 7을 참조하면, 전기변색소자(10)의 투과율이 60%에서 20%로 변화되도록 구동시킬 때, 전류 값 변화 파형과 저항 값 변화 파형이 도시된다.
실험에는 오리온엔이에스社의 250×250mm Flexade B 패널이 사용되었다.
착색 초기, 각각 1초와 5초에서 측정된 전류 값과 저항 값은 하기 표와 같다.
전류 (A)
시간(s) 온도 40℃ 온도 60℃ 온도 80℃
1 0.074 0.072 0.064
5 0.065 0.064 0.058
저항 (Ω)
시간(s) 온도 40℃ 온도 60℃ 온도 80℃
1 20.312 20.942 23.398
5 23.011 23.307 25.710
착색 초기, 전기변색소자(10)에 구동 전압이 인가됐을 때, 외부 온도가 높을 수록 측정된 전류 값의 크기는 작아지며, 측정된 저항 값의 크기는 커지는 것을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 착색 초기, 테스트 소자(20)에 구동 전압이 인가됐을 때, 외부 온도가 높을 수록 측정된 전류 값의 크기는 작아지며, 측정된 저항 값의 크기는 커지는 경향을 갖는다.
전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)에 대해 온도별로 측정된 전류 값 변화 파형과 저항 값 변화 파형들은 상호 매칭되어 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
이후, 전기변색소자(10)의 구동 시, 본 발명의 전기변색소자 구동 제어 장치(100)의 센싱부(120)가 테스트 소자(20)에 인가되는 테스트 전압의 크기 및 테스트 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 검출할 수 있다.
제어부(130)는 센싱부(120)로부터 전달되는 테스트 소자(20)의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형에 대해 하나 이상의 특정 시각에서의 기울기 값을 산출하여, 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 파악할 수 있다.
제어부(130)는 테스트 소자(20)의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 기반으로 데이터 저장부(110)로부터 외부 환경 조건 및 전기변색소자(10)의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 도출하여, 전기변색소자(10)가 원하는 목표 투과율로 변화하도록 전기변색소자(10)로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 구동 전압의 인가 시간을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 저장부(110)는 동일한 외부 환경 조건 하에서, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)에 각각 구동 전압을 인가하고, 제1 설정 시각(t1)과 제2 설정 시각(t2)에서 각각의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형의 기울기 값들을 산출하고, 전기변색소자(10)의 2개의 기울기 값들과 테스트 소자(20)의 2개의 기울기 값들을 상호 매칭시킨 데이터 서브 세트(subset)들을 저장할 수 있다.
예를 들어, 도 7에서, 외부 온도 80℃에서, 제1 설정 시각(t1)에서 측정된 전기변색소자(10)의 전류 값 변화 파형의 제1 기울기 값(A1)과 제2 설정 시각(t2)에서 측정된 전기변색소자(10)의 전류 값 변화 파형의 제2 기울기 값(A2)을 제1 데이터 서브 세트(A1, A2)로 구성하고, 제1 설정 시각(t1)에서 측정된 테스트 소자(20)의 전류 값 변화 파형의 제1 기울기 값(a1)과 제2 설정 시각(t2)에서 측정된 전기변색소자(10)의 전류 값 변화 파형의 제2 기울기 값(a2)을 제2 데이터 서브 세트(a1, a2)로 구성하여, 이들을 상호 매칭시킨 데이터 서브 세트들이 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
또한, 예를 들어, 도 7에서, 외부 온도 80℃에서, 제1 설정 시각(t1)에서 측정된 전기변색소자(10)의 저항 값 변화 파형의 제1 기울기 값(R1)과 제2 설정 시각(t2)에서 측정된 전기변색소자(10)의 저항 값 변화 파형의 제2 기울기 값(R2)을 제1 데이터 서브 세트(R1, R2)로 구성하고, 제1 설정 시각(t1)에서 측정된 테스트 소자(20)의 저항 값 변화 파형의 제1 기울기 값(r1)과 제2 설정 시각(t2)에서 측정된 전기변색소자(10)의 저항 값 변화 파형의 제2 기울기 값(r2)을 제2 데이터 서브 세트(r1, r2)로 구성하여, 이들을 상호 매칭시킨 데이터 서브 세트들이 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
같은 방식으로, 외부 온도 60℃, 40℃에서 기울기 값들에 관한 데이터 서브 세트들이 구성되어, 이들이 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
외부 환경 조건에 따라 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형은 비슷한 양상으로 나타날 수 있는데, 2개 이상의 기울기 값들을 사용하여, 외부 환경 조건이 보다 정밀하게 구분될 수 있으며, 이에 따라 전기변색소자(10)가 제어될 수 있다.
도 8은 전기변색소자의 탈색 초기에, 온도별로 측정된 전류 값들과 저항 값들의 변화를 비교하기 위한 그래프들이다.
도 8을 참조하면, 전기변색소자(10)의 투과율이 20%에서 60%로 변화되도록 구동시킬 때, 전류 값 변화 파형과 저항 값 변화 파형이 도시된다.
실험에는 오리온엔이에스社의 250×250mm Flexade B 패널이 사용되었다.
탈색 초기, 각각 203초와 207초에서 측정된 전류 값과 저항 값은 하기 표와 같다.
전류 (A)
시간(s) 온도 40℃ 온도 60℃ 온도 80℃
203 -0.103 -0.094 -0.091
207 -0.095 -0.090 -0.085
저항 (Ω)
시간(s) 온도 40℃ 온도 60℃ 온도 80℃
203 14.484 15.392 16.295
207 15.616 16.584 17.428
탈색 초기, 전기변색소자(10)에 구동 전압이 인가됐을 때, 외부 온도가 높을 수록 측정된 전류 값의 크기는 작아지며, 측정된 저항 값의 크기는 커지는 것을 확인할 수 있다. 마찬가지로, 탈색 초기, 테스트 소자(20)에 구동 전압이 인가됐을 때, 외부 온도가 높을 수록 측정된 전류 값의 크기는 작아지며, 측정된 저항 값의 크기는 커지는 경향을 갖는다.
전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)에 대해 온도별로 측정된 전류 값 변화 파형들 또는 저항 값 변화 파형들은 상호 매칭되어 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
탈색 시에도, 데이터 저장부(110)는 동일한 외부 환경 조건 하에서, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)에 각각 구동 전압을 인가하고, 제1 설정 시각(t1)과 제2 설정 시각(t2)에서 각각의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형의 기울기 값들을 산출하고, 전기변색소자(10)의 2개의 기울기 값들과 테스트 소자(20)의 2개의 기울기 값들을 상호 매칭시킨 데이터 서브 세트(subset)들을 저장할 수 있다.
도 9는 착탈색을 위한 구동 전압 인가 시간에 따른 온도별 전류 값들과 저항 값들의 변화를 비교하기 위한 그래프들이다.
도 9를 참조하면, 0초부터 대략 180초까지는 전기변색소자(10)의 투과율이 60%에서 20%로 변화되는 착색 상태에서 외부 온도별로 전류 값 변화 파형들과 저항 값 변화 파형들을 도시하며, 대략 180초부터 360초까지는 전기변색소자(10)의 투과율이 20%에서 60%로 변화되는 탈색 상태에서 외부 온도별로 전류 값 변화 파형들과 저항 값 변화 파형들을 도시한다.
0초부터 180초 구간에서, 착색 시, 구동 전압의 인가 및 플로팅이 반복되면서, 측정되는 전류 값은 점차 감소되는 경향을 갖는다. 또한, 착색 초기에는, 고온(80℃)에서 전류 값이 저온(40℃)에서 전류 값보다 작게 측정되나, 착색이 완료되는 시점에서 전류 값들은 유사하게 측정된다.
또한, 0초부터 180초 구간에서, 착색 초기에는, 고온(80℃)에서 저항 값이 저온(40℃)에서 저항 값보다 크게 측정되나, 착색이 완료되는 시점에서 저항 값들은 유사하게 측정된다.
180초부터 360초 구간에서, 탈색 시, 구동 전압의 인가 및 플로팅이 반복되면서, 측정되는 전류 값은 점차 감소되는 경향을 갖는다. 또한, 탈색 초기에는, 고온(80℃)에서 전류 값이 저온(40℃)에서 전류 값보다 작게 측정되나, 탈색이 완료되는 시점에서 전류 값들은 유사하게 측정된다.
또한, 180초부터 360초 구간에서, 탈색 초기에는, 고온(80℃)에서 저항 값이 저온(40℃)에서 저항 값보다 크게 측정되며, 300초 이후에는, 저온(40℃)에서 저항 값이 고온(80℃)에서 저항 값보다 더 크게 측정되나, 측정 오류로 추정된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색소자 구동 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 전기변색소자 구동 제어 방법은, 전기변색소자(10)와 동일한 재료와 구조를 갖는 테스트 소자(20)의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자(10)의 구동을 제어하는 방법으로서, 우선, 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 데이터 저장부(110)가 저장한다(S110).
외부 환경 조건은 전기변색소자(10) 외부의 온도, 조도, 습도, 기류 등의 환경적인 요소가 될 수 있다. 외부 환경 조건을 변화시키면서, 동일한 투과율에서, 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킬 수 있다.
외부의 온도, 조도, 습도, 기류 등의 환경적인 요소에 대해 이들을 조합시킨 n차원 데이터 구조를 형성하고, 각각의 요소에 대한 변화량 내지 변화율에 대해 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화에 대한 데이터를 축적할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터 저장부(110)는 열적 상태 변화 또는 광학적 상태 변화에 따른 테스트 소자(20)의 전기적 특성 변화에 관한 데이터를 저장하며, 전기변색소자(10)의 면적과 테스트 소자(20)의 면적 비율에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장할 수 있다.
전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)는 동일한 재료와 구조로 구성되나, 그 면적 크기가 상이하므로, 동일한 환경 조건 하에서 동일한 투과율을 달성하기 위한 구동 전압의 크기, 구동 전압의 인가 시간, 플로팅 시간 등이 다르게 적용되며, 이에 따라, 전류 값 변화 파형, 저항 값 변화 파형 등이 상이하게 나타날 수 있다.
전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 면적 크기 내지 면적 비율에 따라 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성의 상관 관계식이 도출되어, 데이터 저장부(110)에 저장될 수 있다.
다음으로, 전기변색소자(10)의 구동 시, 센싱부(120)가 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 측정한다(S120). 여기서, 센싱부(120)는 테스트 소자(20)에 인가되는 테스트 전압의 크기 및 테스트 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 검출할 수 있다.
이어서, 제어부(130)는 센싱부(120)에서 측정된 테스트 소자(20)의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 전기변색소자(10)로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 조정한다(S130).
여기서, 제어부(130)는 센싱부(120)로부터 전달되는 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형에 대해 하나 이상의 특정 시각에서의 전류 값 기울기 또는 저항 값 기울기를 산출하며, 데이터 저장부(110)에 저장된 전류 값 기울기 또는 저항 값 기울기와 비교하여, 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 파악할 수 있다.
이때, 제어부(130)는 센싱부(120)에서 측정된 테스트 소자(20)의 전기적 특성이 데이터 저장부(110)에 저장된 데이터와 일치하지 않으면, 보간법을 적용하여 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 산출할 수 있으며, 이에 따라, 전기변색소자(10)의 전기적 특성을 보정하여, 전기변색소자(10)의 구동을 제어할 수 있다.
보간법을 적용하여, 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 산출한 경우, 기존 데이터 저장부(110)에 해당하는 측정 데이터가 존재하지 않는 것이므로, 보간법을 적용하여 산출된 데이터가 데이터 저장부(110)에 구분되어 저장될 수 있다.
보간법이 적용된 데이터에 대해서는 추후 외부 환경 조건을 보다 세밀하게 변화시키면서 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)로부터 측정된 전기적 특성에 관한 데이터로 대체될 수 있다. 예를 들어, 기존에 40℃와 60℃에서 측정된 데이터만 존재하고, 40℃ 내지 60℃ 사이의 특정 온도에서 측정되는 데이터가 부존재 하여, 보간법을 적용한 경우, 추후 40℃ 내지 60℃ 사이의 온도 간격을 보다 좁게 설정하고, 해당 온도에서 측정된 전기변색소자(10)와 테스트 소자(20)의 전기적 특성에 관한 데이터를 생성하여, 데이터 저장부(110)에 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 전기변색소자(10)에 제1 구동 전압을 인가 중, 센싱부(120)로부터 전달되는 테스트 소자(20)의 전기적 특성에 따라 제2 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 결정하여, 전기변색소자(10)에 전압을 인가하도록 제어할 수 있다.
구동 전압의 크기에 따라 전기변색소자(10)에 흐르는 전류 값 변화 파형은 변하며, 전류 값 변화 파형을 시간에 대해 적분하면 전하량이 산출된다.
구동 전압의 크기가 크면, 전기변색소자(10)에 더 큰 전류가 흐를 수 있고, 전기변색소자(10)에 동일한 전하량을 축적하기 위한 구동 전압 인가 시간이 짧아질 수 있다.
본 발명의 전기변색소자 구동 제어 장치(100)는 전기변색소자(10)에 제1 구동 전압을 인가 중, 센싱부(120)로부터 전달되는 테스트 소자(20)의 전기적 특성을 파악하여, 외부 환경 조건이 변한 경우, 제2 구동 전압의 크기를 변화시키거나, 구동 전압의 인가 시간을 조절하여, 전기변색소자(10)를 원하는 목표 투과율로 원하는 목표 시간 내에 변화시키도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로 컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서 (parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.
10: 전기변색소자 11, 17: 투명 기판
12, 16: 전극층 13: 제1 전기변색층
14: 전해질층 15: 제2 전기변색층
20: 테스트 소자 100: 전기변색소자 구동 제어 장치
101: 제1 영역 102: 제2 영역
103: 제3 영역 104: 제4 영역
110: 데이터 저장부 120: 센싱부
130: 제어부

Claims (12)

  1. 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자의 구동을 제어하는 장치로서,
    외부 환경 조건에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 저장하는 데이터 저장부;
    상기 테스트 소자의 전기적 특성을 측정하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 측정된 테스트 소자의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 상기 전기변색소자로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 조정하는 제어부;를 포함하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 저장부는,
    열적 상태 변화 또는 광학적 상태 변화에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화에 관한 데이터, 및 상기 전기변색소자의 면적과 상기 테스트 소자의 면적 비율에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 저장부는,
    동일한 외부 환경 조건 하에서, 상기 전기변색소자와 상기 테스트 소자에 각각 구동 전압을 인가하고, 제1 설정 시각과 제2 설정 시각에서 각각의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형의 기울기 값들을 산출하고, 상기 전기변색소자의 2개의 기울기 값들과 상기 테스트 소자의 2개의 기울기 값들을 상호 매칭시킨 데이터 서브 세트들을 저장하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 테스트 소자의 면적은 100cm2 이하인, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는,
    상기 테스트 소자에 인가되는 테스트 전압의 크기, 및 테스트 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 검출하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센싱부로부터 전달되는 상기 테스트 소자의 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형에 대해 하나 이상의 특정 시각에서의 전류 값 기울기 또는 저항 값 기울기를 산출하여, 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 파악하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 센싱부에서 측정된 상기 테스트 소자의 전기적 특성이 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터와 일치하지 않으면, 보간법을 적용하여 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 산출하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전기변색소자에 제1 구동 전압을 인가 중에, 상기 센싱부로부터 전달되는 상기 테스트 소자의 전기적 특성에 따라 제2 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 결정하여, 상기 전기변색소자에 전압을 인가하도록 제어하는, 전기변색소자 구동 제어 장치.
  9. 테스트 소자의 전기적 특성의 측정을 통해 전기변색소자의 구동을 제어하는 방법으로서,
    (a) 외부 환경 조건에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화를 상호 매칭시킨 데이터를 데이터 저장부가 저장하는 단계;
    (b) 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 센싱부가 측정하는 단계; 및
    (c) 상기 센싱부에서 측정된 테스트 소자의 전기적 특성으로부터 외부 환경 조건을 분석하여, 상기 전기변색소자로 인가되는 구동 전압의 크기 또는 전압 인가 시간을 제어부가 조정하는 단계;를 포함하는, 전기변색소자 구동 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    열적 상태 변화 또는 광학적 상태 변화에 따른 전기변색소자와 테스트 소자의 전기적 특성 변화에 관한 데이터, 및 상기 전기변색소자의 면적과 상기 테스트 소자의 면적 비율에 따른 전기적 특성의 상관 관계식을 저장하는 단계;를 포함하는, 전기변색소자 구동 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 테스트 소자에 인가되는 테스트 전압의 크기, 및 테스트 전압 인가에 따른 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형을 검출하는 단계;를 포함하는, 전기변색소자 구동 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 센싱부로부터 전달되는 전류 값 변화 파형 또는 저항 값 변화 파형에 대해 하나 이상의 특정 시각에서의 전류 값 기울기 또는 저항 값 기울기를 산출하여, 상기 테스트 소자의 전기적 특성을 파악하는 단계;를 포함하는, 전기변색소자 구동 제어 방법.
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