KR102324925B1

KR102324925B1 - 전환가능 윈도우용 자동안전장치 메커니즘

Info

Publication number: KR102324925B1
Application number: KR1020167003067A
Authority: KR
Inventors: 오스텐 카스퍼 판; 펠릭스 슐로써
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2021-11-15
Also published as: EP3019686A1; KR20160030964A; WO2015004168A1; US20160161780A1; CN105431606B; CN105431606A; JP2016525704A; US10031356B2; JP6434970B2

Abstract

본 발명은, 능동 매트릭스(7)를 갖는 광학 소자(1)에 관한 것이며, 이때 상기 능동 매트릭스는 중합체-분산된 액정, 게스트-호스트 액정, 부유 입자(suspended particle) 및/또는 중합체-안정화된 콜레스테릭 액정을 포함하고, 상기 능동 매트릭스는 고 투과율 모드 및 저 투과율 모드를 갖되, 고 투과율 모드에서는 입사광의 40% 이상이 광학 소자를 투과하고, 저 투과율 모드에서는 입사광의 40% 미만이 광학 소자를 투과하고, 상기 능동 매트릭스는 고 투과율 모드와 저 투과율 모드 사이에서 및 이와 반대로 전환가능하고, 연속적인 전압의 인가 하에서는 상기 능동 매트릭스가 고 투과율 모드이고, 전압이 없는 경우에는 상기 능동 매트릭스가 저 투과율 모드이되, 고 투과율 모드의 경우 인가되는 전압은 그리드(4)에 의해 제공되며, 상기 광학 소자는, 고 투과율 모드에서 그리드의 전력 없이 상기 능동 매트릭스를 저 투과율 모드로부터 고 투과율 모드로 전환할 수 있는 자동안전장치(fail-safe) 메커니즘을 추가로 포함한다. 본 발명은 또한, 광학 소자용 자동안전장치 메커니즘에 관한 것이며, 이때 상기 자동안전장치 메커니즘은 하나 이상의 전지(9) 및 제어기(8)를 포함한다.

Description

전환가능 윈도우용 자동안전장치 메커니즘{FAIL SAFE MECHANISM FOR SWITCHABLE WINDOW}

본 발명은, 능동 매트릭스를 갖는 광학 소자에 관한 것이며, 이때 상기 능동 매트릭스는 중합체-분산된 액정, 게스트-호스트 액정 부유 입자(suspended particle) 및/또는 중합체-안정화된 콜레스테릭 액정을 포함하며, 상기 능동 매트릭스는 고 투과율 모드 및 저 투과율 모드를 갖되, 고 투과율 모드에서는 입사광의 40% 이상이 광학 소자를 투과하고, 저 투과율 모드에서는 입사광의 40% 미만이 광학 소자를 투과하며, 상기 능동 매트릭스는 고 투과율 모드와 저 투과율 모드 사이에서 및 이와 반대로(vice versa) 전환 가능하다.

상기 광학 소자는 전환가능 윈도우 형태로 공지되어 있다.

전환가능 윈도우 또는 스마트 윈도우는 선행 기술에서 널리 공지되어 있다. 전환가능 윈도우의 하나의 부류는 전자 제어식 전환가능 윈도우이다. 전자 제어식 전환가능 윈도우는 이의 투과율 모드를 변화시키기 위해 전류 또는 전압을 필요로 한다. 본 발명은 전기변색성 전환가능 윈도우에 관한 것이 아니다.

전기변색성 전환가능 윈도우는 다층 스택으로 이루어지며, 여기서는 전기장을 이용하여 이온이 하나의 층으로부터 다른 층으로 이동할 수 있다. 2개의 층 중 적어도 하나는 전기변색성인 특성을 가지며, 즉, 이는 환원 또는 산화에 의해 이의 흡수 특성이 변한다. 전압을 변화시킴으로써, 환원 또는 산화 상태가 제어될 수 있으며, 윈도우의 투과율이 변할 수 있다.

일반적인 전기적으로 전환가능 윈도우는 안전성 기준을 만족시키지 못한다. 예를 들어, 독일 특허 출원 제 102011015950 호에서는, 중합체-분산된 액정 기술에 기초한 전환가능 윈도우가 개시되어 있으며, 이는 전원이 공급되지 않는 경우 이의 산란(저 투과율) 모드로 돌아간다. 그리드 및 이에 따른 윈도우의 전력 시스템을 차단하는 화재의 경우, 윈도우를 통한 더 적은 시계(visibility)로 인해 빌딩에서 탈출하기가 어렵다. 이는 안전한 상태가 아니다.

편광기 시트를 포함하는 액정 및 임의적으로 착색된 액정에 기초하는 또다른 전환가능 윈도우가 독일 특허 제 3330305 호에서 제시되었다. 이러한 시스템은, 전압이 공급되지 않는 경우 저 투과율 모드에 있으며, AC(교류) 전압을 인가함으로써 이의 고 투과율 모드로 될 수 있다. 또한, 이러한 시스템은 자동안전장치가 아니며, 전압이 부족한 경우, 이는 이의 저 투과율 상태로 돌아간다.

미국 특허 출원 공개 제 2012/318466 호에서는, 부유 입자 기술에 기초한 전환가능 윈도우가 개시되어 있으며, 이는 전력이 공급되지 않는 경우 이의 저 투과율 모드로 돌아간다.

안전한 전자 전환가능 윈도우를 제조하기 위해서, 본질적으로 자동안전장치인 시스템을 설계하는 것이 가능하다. 예를 들어, 독일 특허 제 3330305 호에서의 시스템은, 이러한 장치에서의 물질을 소위 수직 배향된(VA) 액정 모드를 갖도록 변경함으로써 자동안전장치 시스템으로 재설계될 수 있다. 이는, 상이한 액정 물질 및 이러한 액정을 위한 상이한 배향 층을 필요로 한다. 그러나, 물질을 변경하는 것은 장치를 제조하기 위한 옵션을 제한할 것이다. 이는, 설계 자유를 감소시키고, 더 비싼 장치를 유발할 수 있다.

본 발명의 목적은, 높은 안전성 요건 및 설계에서 많은 자유를 보장하는 광학 소자를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 능동 매트릭스를 갖는 광학 소자에 의해 달성되며, 이때 상기 능동 매트릭스는 중합체-분산된 액정, 게스트-호스트 액정, 부유 입자 및/또는 중합체-안정화된 콜레스테릭 액정을 포함하고, 상기 능동 매트릭스는 고 투과율 모드 및 저 투과율 모드를 갖되, 고 투과율 모드에서는 입사광의 40% 이상이 광학 소자를 투과하고, 저 투과율 모드에서는 입사광의 40% 미만이 광학 소자를 투과하고, 상기 능동 매트릭스는 고 투과율 모드와 저 투과율 모드 사이에서 및 이와 반대로 전환가능하고, 연속적인 전압의 인가 하에서는 상기 능동 매트릭스가 고 투과율 모드이고, 전압이 없는 경우에는 상기 능동 매트릭스가 저 투과율 모드이되, 고 투과율 모드의 경우 인가되는 전압은 그리드에 의해 제공되며, 상기 광학 소자는, 그리드의 전력 없이 상기 능동 매트릭스를 저 투과율 모드로부터 고 투과율 모드로 전환할 수 있는 자동안전장치(fail-safe) 메커니즘을 추가로 포함한다.

전압을 인가함으로써만 상기 광학 소자가 고 투과율 모드라는 사실로 인해, 이러한 전환가능 광학 소자를 설계하는데 더 많은 자유가 존재한다. 상기 자동안전장치 메커니즘은 상기 광학 소자에 전력을 공급하여, 그리드로부터의 전력 부족의 경우에 상기 소자를 고 투과율 모드로 조종하는 것을 가능하게 한다. 이는, 이러한 자동안전장치 메커니즘을 본질적으로 갖는 물질 또는 설계를 사용해야 하는 필요성을 제거하고, 이에 따라, 자동안전장치 모드가 필요한 위치에서 전기적으로 전환가능 광학 소자 유형이 더 많이 사용되게 한다.

본 발명에서 용어 "투과율"이란, 능동 매트릭스 및 이에 따라 광학 소자를 통과하는 특정 파장에서의 입사광(본원에서는, 390 nm 내지 790 nm 범위의 가시광 스펙트럼 내의 광)의 분율을 의미한다. 고 투과율 모드에서는, 입사광(본원에서는 또한, 가시광 스펙트럼 내의 광)의 40% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상, 가장 바람직하게는 60% 이상이 능동 매트릭스를 통과하고, 입사광의 60% 미만이 산란되거나, 반사되거나, 흡수된다. 저 투과율 모드에서는, 입사광(가시광 스펙트럼)의 40% 미만, 더욱 바람직하게는 30% 미만, 가장 바람직하게는 10% 미만이 능동 매트릭스를 통과하고(이에 따라 광학 소자를 통과하고), 입사광의 60% 이상이 산란되거나, 반사되거나, 흡수된다.

용어 "능동 매트릭스가 고 투과율 모드 및 저 투과율 모드를 갖는다"란, 능동 매트릭스가, 고 투과율 또는 저 투과율이 발생하는 방식으로 변경가능함을 의미한다. 액정을 사용하면, 능동 매트릭스는, 고 투과율이 가능한 방식으로 및 저 투과율을 제공하는 배향으로 배향될 수 있다. 액정의 배향에 따라 복수의 투과율 수준이 가능함을 이해해야 한다. 고 투과율 및 저 투과율은 단지 언급된 포인트(끝점)이다.

"부유 입자 윈도우"는, 액체에 현탁되고 유리 또는 플라스틱 시트들 상에 또는 이들 사이에 적층된 나노미터 크기의 막대형 입자의 박막 라미네이트(laminate)를 의미한다. 전압이 인가되지 않은 경우, 상기 입자는 랜덤하게 배향되며, 이에 따라 광을 차단 및 흡수한다. 전압의 인가 시, 상기 입자는 상기 라미네이트의 평면에 수직으로 배향하여, 광을 통과시킨다.

바람직하게는, 상기 자동안전장치 메커니즘은, 그리드와 광학 소자 사이의 연결이 바람직하지 않게 차단되어 그리드의 전력이 광학 소자에 공급되지 않는 경우, 자동안전장치 모드를 활성화시킨다.

"그리드"는, 주 전력원으로부터 전기 요구 장치로 전기를 전달하기 위한 상호접속된 네트워크로서 정의된다. 그리드는 바람직하게는, 광학 소자에 연결되어, 자동안전장치 모드를 제외하고는 모든 경우(예를 들어, 비상시)에 광학 소자에 전력을 공급하는 표준 전력 공급 시스템이다. 본 발명의 의미상 전지는 그리드가 아니다.

바람직하게는, 상기 자동안전장치 메커니즘은, 임의적으로 교류(AC) 전압으로 전환될 수 있는 직류(DC) 전압의 인가 하에 능동 매트릭스를 저 투과율 모드로부터 고 투과율 모드로 전환할 수 있다. 바람직하게는, 전력 역변환 장치(power-inverter)가 자동안전장치 메커니즘과 광학 소자 사이에 (전자적으로) 연결되어, 직류 전압을 교류 전압으로 전환한다.

그리드로의 연결이 차단된 경우에 상기 광학 소자가 고 투과율 모드에 있으면, 바람직하게는 직류 전압(이는 임의적으로, 전력 역변환 장치에 의해 교류 전압으로 전환될 수 있음)을 통해 상기 광학 소자에 전력을 공급함으로써, 상기 자동안전장치 메커니즘이 고 투과율 모드에 남아있는 것도 가능하다.

바람직하게는, 상기 자동안전장치 모드에서, 상기 하나 이상의 전지에 의해 상기 광학 소자에 전압이 공급된다. 안전성 관점에서, 전력 부족 동안 고 투과율 모드는 단지 한정된 시간 동안만 필요하다. 이러한 시간은 10분 이상일 것이다. 전지의 사용으로 인해, 10분 이상 동안의 전력이 수득가능하며, 안전성 요건이 만족될 수 있다. 상기 하나 이상의 전지의 사용으로 인해, 상기 자동안전장치 모드는 그리드로부터 독립적이 되며, 따라서 외부 영향에 의해 그리드가 파괴되는 경우에도 걱정이 없다.

바람직하게는, 상기 자동안전장치 메커니즘은, 그리드에 의해 전압이 공급되지 않는 경우 상기 자동안전장치 모드를 활성화시키기 위한 제어기를 포함한다. 바람직하게는, 상기 자동안전장치 모드에서 하나 이상의 에너지 저장 장치에 의해 제어기를 통해 상기 광학 소자에 전압이 공급된다. 이러한 하나 이상의 에너지 저장 장치는 바람직하게는 상기 하나 이상의 전지이다. 제어기는 그리드를 감지하며, 그리드와 광학 소자 사이의 연결이 없는 경우(그리드에 의해 전압이 공급되지 않는 경우), 제어기가 상기 자동안전장치 모드를 활성화시킨다. 이러한 자동안전장치 메커니즘으로 인해, 상기 광학 소자는, 그리드에 의해 전압이 공급되지 않는 경우에도 투명하다. 예를 들어, 화재의 경우, 그리드에 대한 연결이 파괴될 수 있으며, 제어기는 이러한 사실을 등록하고, 상기 자동안전장치 모드를 개시할 것이다. 상기 자동안전장치 모드는 상기 광학 소자(바람직하게는, 제어기(이는 상기 광학 소자를 제어하고 전환함))에 전압을 인가하여, 상기 광학 소자를 고 투과율 모드로 이동시킨다(이전에 상기 광학 소자가 어떤 모드였는지에 상관 없이). 따라서, 상기 자동안전장치 메커니즘은, 그리드로부터의 전압 없이, 광이 광학 소자를 통과할 수 있는 것(또한, 이에 따라 막힘없는 시야가 달성되는 것)을 보장한다. 예를 들어, 상기 광학 소자가 전환가능 윈도우인 경우, 이러한 자동안전장치 메커니즘은 상기 윈도우를 고 투과율 모드로 유지한다(그리드에 독립적으로). 따라서, 사람들은, 전환가능 윈도우를 통해 비치는 광에 의해 지원을 받으며 빌딩을 떠날 수 있다.

바람직한 실시양태에서, 상기 자동안전장치 모드에 적어도 1 내지 20개, 더욱 바람직하게는 2 내지 5개의 전지가 사용된다. 상기 자동안전장치 모드를 위한 전지의 개수는 전지의 종류 및 상기 광학 소자 자체에 의존한다. 상기 광학 소자가 전환가능 윈도우인 경우, 필요한 전지의 개수는, 상기 윈도우가 저 투과율 모드로 전환되기 이전에, 그리드에 의한 전압 없이 상기 윈도우가 고 투과율 모드로 30분 이상 남아있도록 하는 방식으로 선택된다. 이러한 시간 프레임은 일반적으로 비상시에 빌딩의 탈출에 충분하다.

바람직하게는, 하나 이상의 에너지 저장 장치, 바람직하게는 상기 하나 이상의 전지가 상기 광학 소자의 프레임 내에 위치한다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 전지는 열 보호물을 갖는다. 이러한 바람직한 실시양태에서, 상기 하나 이상의 전지는, 사람이 상기 광학 소자를 보았을 때 보이지 않는다. 또한, 상기 하나 이상의 전지는 상기 광학 소자의 프레임 내에서 열, 수분 및 먼지로부터 용이하게 단리될 수 있다. 이로 인해, 상기 하나 이상의 전지의 수명이 증가되고, 상기 하나 이상의 전지가 상기 자동안전장치 모드에서 작동하는 것이 보장된다. 바람직하게는, 고온 내성 전지가 사용된다. 전지의 작동을 추가로 돕기 위해, 상기 전지의 열 보호물은 바람직하게는 전지가 이의 고장 온도로 가열되는 것을 적어도 10분 동안 지연시킬 것이다. 상기 하나 이상의 전지를 위한 열 보호물의 종류는 상기 하나 이상의 전지를 위한 커버이며, 상기 커버는 높은 내열성을 갖니다. 상기 하나 이상의 전지는 바람직하게는 이러한 커버로 완전히 덮인다.

이러한 새로운 자동안전장치 메커니즘은, 상기 자동안전장치 메커니즘이 이제 능동 시스템인 방식으로 현행 기술을 능가한다. 능동 시스템은, 이러한 장치의 설계자가 전력 소모의 경우 고 투과율 모드를 갖는 장치를 제조하는 것을 가능하게 하는 기술을 유발할 것이다. 이는, 설계자의 가능성을 연장시킬 수 있으며, 아마도 더욱 이용가능한 제품을 제공할 것이다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 전지가 니켈-금속 수소화물 전지(nickel-metal hydride battery)이다. 하나 이상의 니켈-금속 수소화물 전지의 사용으로 인해, 상기 광학 소자는 절연 유리 분야에도 이용가능하다. 절연 유리에 대한 안전성 시험은, 56℃까지 유리가 안전하게 유지되는 것을 요구한다. 최신식 리튬 이온 전지 및 재충전가능 전지는 각각 45 및 55℃까지만 작동할 수 있다. 따라서, 이러한 전지에 기초한 자동안전장치 메커니즘을 갖는 전환가능 윈도우는 절연 유리에 대한 안정성 시험을 통과하지 못할 것이다. 신세대 전지(즉, 니켈-금속 수소화물 전지)에 기초한 자동안전장치 메커니즘을 갖는 전환가능 윈도우는 이러한 시험을 통과할 것이다.

바람직한 실시양태에서, 상기 하나 이상의 전지는 원통형 또는 버튼형이다. 이런 특수한 형태로 인해, 상기 하나 이상의 전지는 상기 광학 소자의 프레임 내에 보이지 않게 통합되며, 상기 프레임은 상기 하나 이상의 전지가 없는 프레임보다 크지 않다.

상기 자동안전장치 메커니즘에 2개보다 많은 전지가 사용되는 경우, 전지들은 상이한 형태 또는 동일한 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 자동안전장치 메커니즘에 하나보다 많은 유형의 전지, 예를 들어 니켈-카드뮴 전지와 조합된 니켈-금속 수소화물 전지가 사용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 광학 소자가, 하나 이상의 재충전가능 전지(하나 이상의 에너지 저장 장치로서)에 전력을 공급하기 위한 광전지 요소를 포함한다.

바람직한 실시양태에서, 상기 광학 소자는 전환가능 윈도우이다.

전기변색성(EC) 유형 전환가능 판유리(glazing)는, 제한된 범위의 색상이 상기 유리의 착색된 색조(tinted shade)에 이용가능하며 전환이 완성되는데 수 분이 걸릴 수 있다는 불리한 면을 가진다. 미국 특허 제 7,535,614 호가, 쌍안정성(bi-stable) 전기변색성(EC) 셀을 기술하고 있음에 주목한다. 전압이 인가되어, 이러한 장치에서 투과도를 낮춘다. 이후, 전압이 제거되고, 저 투과율 상태를 유지한다. 투입 전력이 끊기는 경우 상기 전기변색성 셀을 단기-차단(short-cutting)함으로써, 또는 음의 전압(역전압)을 인가함으로써, 상기 전기변색성 셀은 투명해지고, 고 투과율로 전환된다.

미국 특허 출원 공개 제 2007/0285759 호 역시, 가변성 투과율 윈도우를 개시하고 있다. 여기에는, 전압이 사전결정된 값 미만으로 떨어지는 경우 상기 장치를 단락(short)시켜 전기변색성 윈도우를 투명하게 만드는 신속한 탈색(bleaching) 기능이 탑재되어 있다. 이 출원에는 자동안전장치 메커니즘이 개시되어 있지 않다.

영국 특허 제 1,186,541 호 및 또한 제 1,356,120 호에는, 예를 들어 전기변색성 윈도우로 통상적으로 공지된 전기-광학 소자가 개시되어 있다. 이러한 전기변색성 윈도우는, 전류가 차단되는 경우 고 투과율 모드를 유지한다. 전환가능 윈도우에 대한 이러한 요건으로 인해, 설계가 제한된다. 이는, 전력이 이용가능하지 않은 경우 상기 윈도우의 고 투과율 모드로 돌아가는 방식으로 상기 윈도우가 설계되어야 함을 의미한다(안전성의 이유에서).

따라서, 상기 자동안전장치 시스템은 전환가능 윈도우를 방전시켜("단락시켜") 이를 투명한 상태로 만들기 위해 전력을 사용한다. 단락이 상기 시스템을 저 투과율 상태로 만들기 때문에, 이러한 시스템은 LCD (액정 디스플레이) 윈도우 및 SPD (부유 입자 디스플레이) 윈도우 또는 PDLC (중합체-분산된 액정 디스플레이) 윈도우용 자동안전장치로서 기능하지 못할 것이다.

본 발명의 (게스트-호스트) LCD 윈도우, SPD 윈도우, 또는 PDLC 윈도우의 경우, 이를 투명하게 만들기 위해, 방전된 상태보다는 충전된 상태가 필요하다. 보다 정확하게는, 상기 윈도우에 전압이 인가되고, 이는 윈도우를 연속적으로 충전 및 방전한다. 따라서, 선행 기술에서 LCD/SPD/PDLC 윈도우에 대해 기술된 바와 같은 제어 시스템은, 시스템을 원치 않는 저 투과율 상태로 만들지 않을 것이다.

또한, 본 발명의 장치(LC/PDLC/SPD)의 경우, 안전한 상태가 요구되는 한, 전력을 공급하는 전원 장치가 필요하다.

바람직하게는, 전환가능 윈도우는, 2개의 투과성 전도 층을 갖는 1개 또는 2개의 투명 유리(들) 또는 중합체 기판으로 이루어진다. 하나의 투과성 전도 층은 바람직하게는 각각의 기판 중 하나의 상부에 위치한다. 상기 2개의 기판으로부터 샌드위치가 제조되며, 이때 상기 전도 층은 상기 샌드위치의 내부에 위치한다. 상기 2개의 기판 사이에, 능동 매트릭스가 배열된다. 상기 능동 매트릭스는, 상기 전도 층에 공급되는 전력이 변할 경우 이를 통과하는 광의 양을 변화시킨다. 단일 기판 윈도우의 경우, 상기 능동 매트릭스는 상기 기판의 상부에 위치한다. 본 발명의 의미상 "전환가능 윈도우"는, LC(액정)에 기초한 윈도우(여기서, 상기 능동 매트릭스는 액정 상태의 물질로 완전히 또는 부분적으로 이루어짐) 또는 부유 입자 디스플레이(SPD)(여기서는, 작은 입자가 용매에 부유됨)(영국 특허 제 1,385,505 호)이다. 상이한 유형의 액정 디스플레이(LCD) 윈도우가 존재하며, 이들은 모두 상이한 액정 매트릭스를 가진다. 그 예는, 중합체-분산된 액정 디스플레이(PDLC)(대한민국 특허 제 2009-0109927 호), 게스트-호스트 액정 디스플레이(국제 특허 출원 공개 제 WO2009/141295 A1 호) 및 중합체-안정화된 콜레스테릭 디스플레이(미국 특허 제 5,940,150 호)이다.

본 발명은 또한, 전술된 광학 소자용 자동안전장치 메커니즘에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 광학 소자의 자동안전장치 메커니즘은 하나 이상의 에너지 저장 장치 및 제어기를 나타낸다. 상기 에너지 저장 장치는 바람직하게는 상기 하나 이상의 전지이다.

바람직하게는, 상기 광학 소자와 그리드 간의 연결이 차단되는 경우, 상기 제어기는 자동안전장치 모드를 해제할 수 있다. 이러한 경우, 상기 광학 소자는 바람직하게는 하나 이상의 에너지 저장 장치에 의해 (바람직하게는 제어기를 통해) 전력이 공급된다.

바람직하게는, 상기 자동안전장치 메커니즘의 하나 이상의 에너지 저장 장치는, 그리드의 전력 없이 상기 광학 소자를 고 투과율 모드로 유지하거나 이동시키기 위해, 상기 자동안전장치 모드에서 상기 광학 소자에 전압을 인가할 수 있다. 이때 전압은 바람직하게는 직류(DC) 전압이고, 상기 하나 이상의 에너지 저장 장치는 바람직하게는 상기 하나 이상의 전지이다. 상기 에너지 저장 장치가 전지인 경우, 하나의 바람직한 실시양태에서, 전압이 상기 광학 소자에 인가되기 이전에, 전력 역변환 장치가 직류 전압을 교류 전압으로 변환한다. 이러한 실시양태는, 상기 광학 소자가 능동 매트릭스로서 부유 입자 소자 또는 액정에 기초한 소자인 경우에 특히 바람직하다.

상기 하나 이상의 전지의 형태 및 상기 하나 이상의 전지의 종류에 관한 모든 바람직한 실시양태 및 상기 광학 소자의 실시양태(전환가능 윈도우 및 상기 전환가능 윈도우를 위한 언급된 액정 또는 상기 광학 소자가 부유 입자 소자인 실시양태)가 또한 상기 자동안전장치 메커니즘에 대해 가능하다.

본 발명은 첨부된 도 1 내지 5를 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다. 이들 도면은 바람직한 실시양태를 기술하기 위한 예이며, 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 범주를 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

도 1은, 자동안전장치 메커니즘의 하나의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는, 선행 기술에 따른 저 투과율 모드의 광학 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은, 선행 기술에 따른 고 투과율 모드의 광학 소자를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는, 자동안전장치 모드의 자동안전장치 메커니즘를 갖는 광학 소자를 도시한 것이다.
도 5는, 자동안전장치 메커니즘을 갖는 광학 소자를 도시한 것이며, 이때 자동안전장치 모드는 오프(off) 상태이다.

도 1에서는, 광학 소자(1)(예를 들어, 전환가능 윈도우) 및 그리드(4)와 조합된 자동안전장치 메커니즘(10)이 개략적으로 도시된다. 자동안전장치 메커니즘(10)은 하나 이상의 제어기(8) 및 하나 이상의 전지(9) 형태의 하나 이상의 에너지 저장 장치를 보여준다. 바람직한 실시양태에서, 복수개의 전지(9)가 제어기(8)를 통해 광학 소자(1)에 연결된다. 적용된 전지(9), 예컨대 니켈 수소 전지(바르타(Varta) V150HT)는, 화재의 경우에도 계속 작동하도록 고온에 내성이어야 한다. 전지(9)는 버튼형 또는 원통형일 수 있으며, 광학 소자(1)의 프레임 내에 통합된다. 전지(9)는 광학 소자(1)의 전기 시스템에 연결된다. 그리드(4)에 의해 공급되는 전력 셧다운(이는 전환가능 윈도우(1)를 저 투과율 상태(3)로 이동시킴, 도 1에는 미도시) 동안, 광학 소자(1)는 전력을 전지(9)에 의존할 수 있다. 전지(9)는, 에너지가 차단되어 전환가능 윈도우(1)에 전력을 공급하는 경우 즉시 활성화된다. 전지(9)가 활성화되자 마자, 광학 소자(1)는 고 투과율 모드(2)가 될 것이다(도 1에는 도시되지 않음). 이러한 자동안전장치 메커니즘은 전환가능 윈도우(1), 예컨대 PDLC 윈도우, 액정 게스트-호스트 윈도우, 및 부유 입자 디스플레이에 사용될 수 있다.

도 2에서는, 전환가능 윈도우 형태의 선행기술의 광학 소자(1)의 일반적인 구성이 도시된다. 이러한 전환가능 윈도우는 투과성 전도성 필름(6)(예를 들어, 전극(6))을 갖는 2개의 유리 또는 투명한 중합체 기판(5)을 보여준다. 2개의 유리 기판(5)들 간의 간격은 능동 매트릭스(7), 예를 들어 액정(7)으로 충전된다. 선행 기술의 전환가능 윈도우에서, 전환가능 윈도우에 전력이 공급되지 않는 경우 능동 매트릭스(7)는 랜덤 배향 상태이다. 따라서, 이러한 전환가능 윈도우는 그리드(4)의 전력이 없는 경우 저 투과율 모드(3)이다. 사고(예를 들어, 화재)의 경우, 그리드(4)와 윈도우의 연결이 파괴되면, 상기 윈도우는 저 투과율 모드(3)가 되고, 사람들이 건물 밖으로 피난하는 것이 방해를 받는다. 따라서, 이러한 윈도우는 안전하지 않으며, 안전성 요건을 충족하지 못한다.

도 3에서는, 고 투과율 모드(2)의 도 2의 광학 소자(전환가능 윈도우)가 도시된다. 여기서, 그리드(4)는 전환가능 윈도우에 전력을 공급하고(전압이 인가됨), 이에 따라 능동 매트릭스(7)가 고 투과율 모드(2)로 배열된다.

도 4에서는, 본 발명의 자동안전장치 메커니즘(10)을 갖는, 도 2 또는 3에 따른 전환가능 윈도우 형태의 광학 소자(1)가 도시된다. 그리드(4)와 광학 소자(1) 간의 연결은 바람직하지 않게 단절되어, 그리드(4)에 의한 전력이 광학 소자(1)에 공급되지 않는다. 이제, 신규한 자동안전장치 메커니즘(10)이 자동안전장치 모드를 개시한다. 제어기(8)는 광학 소자(1)와 그리드(4) 사이의 바람직하지 않은 단절을 감지하여, 하나 이상의 에너지 저장 장치(9)(전지)에 의해 광학 소자(1)에 전력이 공급되도록 처리한다. 이러한 추가적인 전력공급 시스템으로 인해, 광학 소자(1)는 고 투과율 모드(2)로 남아 있거나, 그리드(4)의 전력공급이 중단된 후 즉시 고 투과율 모드(2)로 돌아간다. 이는, 제어기(8)가 그리드(4)로부터의 전력 셧다운이 존재함을 감지하자마자, 전환가능 윈도우(1)가 전지(9)에 의한 에너지를 예견할 것임을 의미한다. 전지(9)에 의한 전력 공급으로 인해, 상기 전환가능 윈도우는 투명/투과율 모드(고 투과율 모드(2))가 될 것이다. 바람직한 실시양태에서, 전력 역변환 장치(11)는, (바람직하게는 제어기(8)를 통해) 전압이 상기 광학 소자에 인가되기 이전에 전지(9)의 전압(직류 전압)을 교류 전압으로 변환한다. 제시된 자동안전장치 모드는, 그리드(4)로부터 상기 전환가능 윈도우로의 전력 공급이 고장난 경우에 기능한다. 상기 전환가능 윈도우 자체에서 내부 고장의 경우, 고 투과율 모드(2)로 가지 않을 가능성이 여전히 존재한다. 그러나, 이러한 자동안전장치 모드는 비상의 경우를 위해 설계된다. 대부분의 경우, 이러한 상황에서 고장은 그리드(4) 내에 존재하며, 그리드(4)에 의한 상기 전환가능 윈도우로의 전력 공급의 손실이 발생된다. 또한, 자동안전장치 메커니즘(10)에 기초한 전지(9)의 또다른 이점은, 화재의 경우 상기 자동안전장치 메커니즘(10)(제어기(8), 전지(9))의 배선만 열에 대해 단리되어야 한다는 것이다. 그리드 연결이 단리되어야 한다면, 이는 훨씬 더 고가일 것이다. 자동안전장치 메커니즘(10)을 갖는 전환가능 윈도우에서는, 그리드(4)에 대한 상기 전환가능 윈도우의 연결 배선이 화재 동안 파괴되는 것이 문제가 되지 않으며, 그 이유는, 전지(9)가 상기 전원 장치를 인계받을 것이기 때문이다.

도 5는, 광학 소자(1)의 예로서, 저 투과율 모드(3)의 전환가능 윈도우를 도시하며, 이때 자동안전장치 모드는 오프 상태이다. 광학 소자(1)로서의 중합체-분산된 액정 소자(PDLC)에서는, 액정(7)이 액체 중합체 매트릭스 내에 분산된다. 전압이 공급되지 않으면, 액정(7)은 액적 내에 랜덤하게 배열되어, 광이 스마트 윈도우 조립체를 통과할 때 이를 산란시킨다(저 투과율 모드(3)). 이는, 반투명한 "유백색" 외관을 제공한다. 전압이 전극(6)에 공급되면, 유리(5) 상의 2개의 투명 전극(6)들 사이에 형성된 전계가 액정(7)의 배향을 유발하여, 매우 약간의 산란과 함께 광이 액적을 통과하게 하여, 투명 상태를 제공한다(고 투과율 모드(2)). 그리드(4)의 전력 셧다운 동안, 상기 전환가능 윈도우는 저 투과율 모드(3)일 것이다. 자동안전장치 메커니즘(10)는 이러한 사건을 즉시 감지할 것이다. 도 5에서는, 자동안전장치 메커니즘을 갖는 도 4의 광학 소자(1)가 정상 모드로 도시된다(이는 자동안전장치 모드가 활성화되지 않음을 의미함). 여기서, 그리드(4)와 광학 소자(1) 사이의 단절은 상기 자동안전장치 모드를 유발하지 않는다. 제어기(8)는, 이러한 단절이 바람직하고(광학 소자(1)를 저 투과율 모드(3)로 전환함) 비상상황이 일어나지 않았다고 인식한다. 사용자가 저 투과율 모드(3)를 활성화시키면, 바람직하게는 신호가 제어기(8)로 전달된다. 이러한 신호로 인해, 제어기(8)는, 그리드(4)와 광학 소자(1) 사이의 바람직한 무전력 연결과, 그리드(4)와 광학 소자(1) 사이의 바람직하지 않은 단절을 구분할 수 있다. 안전성의 이유로, 제어기(8)는 또한, (예를 들어, 열 및 연기에 대한) 몇몇 센서를 포함할 수 있다. 비록 광학 소자(1)가 목적하는 저 투과율 모드(3)에 있더라도, 제어기(8)가 사고(예컨대, 화재)를 감지하여, 광학 소자(1)를 고 투과율 모드(2)로 전환한다.

1: 광학 소자,
2: 고 투과율 모드,
3: 저 투과율 모드,
4: 그리드,
5: 유리 또는 중합체 기판,
6: 투과성 전도성 필름/전극,
7: 능동 매트릭스/액정,
8: 제어기,
9: 전지,
10: 자동안전장치 메커니즘,
11: 전력 역변환 장치.

Claims

능동 매트릭스(7)를 갖는 광학 소자(1)로서,
능동 매트릭스(7)는 중합체-분산된 액정, 게스트-호스트 액정, 부유 입자(suspended particle) 및/또는 중합체-안정화된 콜레스테릭 액정을 포함하고,
능동 매트릭스(7)는 고 투과율 모드(2) 및 저 투과율 모드(3)를 갖되, 고 투과율 모드(2)에서는 입사광의 40% 이상이 광학 소자(1)를 투과하고, 저 투과율 모드(3)에서는 입사광의 40% 미만이 광학 소자(1)를 투과하고,
능동 매트릭스(7)는 고 투과율 모드(2)와 저 투과율 모드(3) 사이에서 또는 이와 반대되게(vice versa) 전환가능하고,
연속적인 전압의 인가 하에서는 능동 매트릭스(7)가 고 투과율 모드(2)이고, 전압이 없는 경우에는 능동 매트릭스(7)가 저 투과율 모드(3)이되, 고 투과율 모드(2)의 경우 인가되는 전압은 그리드(4)에 의해 제공되고,
광학 소자(1)는, 그리드(4)의 전력 없이 능동 매트릭스(7)를 저 투과율 모드(3)로부터 고 투과율 모드(2)로 전환할 수 있는 자동안전장치(fail-safe) 메커니즘(10)을 추가로 포함하되,
상기 자동안전장치 메커니즘(10)은, 상기 그리드에 의해 전압이 인가되지 않는 경우 자동안전장치 모드를 활성화시키기 위한 제어기(8)를 포함하고,
상기 자동안전장치 모드에서, 전압이 하나 이상의 에너지 저장 장치(9)에 의해 제어기(8)를 통하여 광학 소자(1)에 인가되는, 광학 소자(1).
제 1 항에 있어서,
상기 자동안전장치 메커니즘(10)이, 임의적으로 교류(AC) 전압으로 전환될 수 있는 직류(DC) 전압의 인가 하에, 능동 매트릭스(7)를 저 투과율 모드(3)로부터 고 투과율 모드(2)로 전환할 수 있는, 광학 소자(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
광학 소자(1)의 프레임이 하나 이상의 에너지 저장 장치(9)를 포함하는, 광학 소자(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하나 이상의 에너지 저장 장치(9)가 니켈-금속 수소화물 전지(nickel-metal hydride battery)인, 광학 소자(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하나 이상의 에너지 저장 장치(9)가 원통형 또는 버튼형인, 광학 소자(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
광학 소자(1)가 전환가능 윈도우(1)인, 광학 소자(1).
하나 이상의 에너지 저장 장치(9) 및 제어기(8)를 포함하는, 제 1 항에 따른 광학 소자(1)용 자동안전장치 메커니즘(10).
제 7 항에 있어서,
광학 소자(1)와 그리드(4) 사이의 연결이 차단된 경우, 자동안전장치 메커니즘(10)의 제어기(8)가 자동안전장치 모드를 해제(releasing)할 수 있는, 자동안전장치 메커니즘(10).
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
그리드(4)의 전력 없이 광학 소자(1)를 고 투과율 모드(2)로 유지하거나 이동시키기 위해, 자동안전장치 모드에서 자동안전장치 메커니즘(10)의 하나 이상의 에너지 저장 장치(9)가 광학 소자(1)에 전압을 인가할 수 있는, 자동안전장치 메커니즘(10).
제 7 항에 있어서,
상기 하나 이상의 에너지 저장 장치(9)가 전지(9)인, 자동안전장치 메커니즘(10).
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