KR20120045543A - 스마트 윈도우 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 윈도우 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지모듈, 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부, 구동 전원의 인가 여부에 따라 광 투과도가 변경되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부, 전원 변환부의 작동을 제어하기 위한 제1 입력신호를 생성하는 입력부 및 제1 입력신호에 따라 구동 전원을 PDLC부로 인가하도록 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함하고, 태양전지모듈은, 태양광이 입사하는 PDLC부의 일면 상에 위치하고, 태양광이 투과하는 박막형 태양전지모듈일 수 있다. 이에 의해, 태양광을 구동전원으로 사용하여, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있으며, 태양전지에서 발생하는 직류전원에 따라 광투과를 조절할 수 있다.
Description
본 발명은 스마트 윈도우 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광을 구동전원으로 사용할 수 있는 스마트 윈도우 장치에 관한 것이다.
최근 유리산업은 에너지 절감효과와 친환경 재료의 사용을 바탕으로 하여 기존 유리의 특성을 변화시켜 보다 양질의 재료를 생산해 내고자 한다. 또한 인위적으로 가시광선 전파장에 대한 투과율을 조절할 수 있는 유리 제작의 필요성이 대두되어 스마트 윈도우(smart window)라는 신소재유리가 주목받고 있다.
스마트 윈도우는 다양한 박막재료의 개발과 더불어 액정물성에 대한 연구를 통해서 얻어진 것으로, 재료의 종류에 따라 여러 가지로 구분될 수 있지만 특히 대형화에 가장 근접한 폴리머분산액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal : PDLC)을 이용한 스마트 윈도우가 널리 이용되고 있다.
다만, 스마트윈도우를 구동하기 위해서는 별도의 외부 전원을 공급하여야 하는바, 전력공급 계통구조가 복잡할 수 있다.
본 발명의 목적은 태양광을 구동전원으로 사용할 수 있는 스마트 윈도우 장치를 제공함에 있다.
또한, 광의 투과량를 조절할 수 있는 스마트 윈도우 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지모듈, 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부, 구동 전원의 인가 여부에 따라 광 투과도가 변경되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부, 전원 변환부의 작동을 제어하기 위한 제1 입력신호를 생성하는 입력부 및 제1 입력신호에 따라 구동 전원을 PDLC부로 인가하도록 전원 변환부를 제어하는 제어부를 포함하고, 태양전지모듈은, 태양광이 입사하는 PDLC부의 일면 상에 위치하고, 태양광이 투과하는 박막형 태양전지모듈일 수 있다.
또한, PDLC부는, 제1 투광성전극이 구비된 제1 기판, 제1 기판과 대향하고 제2 투광성전극이 구비된 제2 기판 및 제1 투광성전극과 제2 투광성전극 사이의 액정방울이 분산된 고분자 매트릭스를 포함하고, 제1 투광성전극 및 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나는 패터닝될 수 있다.
또한, 패터닝은 상기 제1 투광성전극 및 상기 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나를 수 개의 서브전극으로 분할하고, 분할된 수 개의 서브전극에는 구동전원이 개별적으로 인가될 수 있다.
또한, 입력부는 수 개의 서브전극에 구동전원을 개별적으로 인가하기 위한 제2 입력신호를 생성하고, 제어부는 제2 입력신호에 따라, PDLC부를 제어할 수 있다.
또한, 제어부는, 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 큰 경우, 구동 전원을 PDLC부로 인가하도록 전원 변환부를 제어할 수 있다.
또한, 태양광의 세기를 측정하여 제어부로 공급하는 광 감지부를 더 포함하고, 제어부는, 태양광의 세기에 따라 구동 전원을 인가하도록 전원 변환부를 제어할 수 있다.
또한, PDLC부는 구동 전원이 독립적으로 인가되는 수 개의 영역으로 구획되며, 제어부는, 태양광의 세기에 따라 구동 전원이 수 개의 영역에 개별적으로 또는 동시에 인가되도록 PDLC부를 제어할 수 있다.
또한, 직류 전원을 충전하고, 충전된 충전 전원을 전원 변환부로 공급하는 충방전부와, 직류 전원을 충방전부 또는 전원 변환부로 인가하도록 스위칭하는 스위칭부를 더 포함하고, 전원변환부는 충전 전원을 구동 전원으로 변환할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광을 구동전원으로 사용하여, 별도의 외부 전원 공급장치를 생략함으로써, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있다.
또한, 광의 투과량을 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도,
도 2는 도 1의 스마트 윈도우 장치의 단면을 도시한 단면도,
도 3은 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 박막형 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도,
도 4는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부를 도시한 단면도,
도 5는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC부의 분해 사시도,
도 6은 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC부의 구동 방법을 도시한 도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도, 그리고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이다.
도 2는 도 1의 스마트 윈도우 장치의 단면을 도시한 단면도,
도 3은 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 박막형 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도,
도 4는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부를 도시한 단면도,
도 5는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC부의 분해 사시도,
도 6은 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC부의 구동 방법을 도시한 도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도, 그리고,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이다.
이하의 도면에서, 각 구성요소의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, 각 구성요소의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도, 도 2는 도 1의 스마트 윈도우 장치의 단면을 도시한 단면도, 도 3은 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 박막형 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도, 도 4는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부를 도시한 단면도, 도 5는 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC부의 분해 사시도, 그리고, 도 6은 도 1의 스마트 윈도우 장치에 포함되는 PDLC부의 구동 방법을 도시한 도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 스마트 윈도우 장치(100)는, 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지모듈(130), 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부(140), 구동 전원의 인가 여부에 따라 광 투과도가 변경되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부(200), 입력 신호에 따라 스마트 윈도우 장치(100)의 동작을 제어할 수 있는 제어부(160)와 제어부(160)로 입력 신호를 전달할 수 있는 입력부(150)를 포함할 수 있다.
태양전지모듈(130)은 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로, 본 발명에 따르면, 태양전지모듈(130)은 태양광이 투과할 수 있는 박막형 태양전지모듈(130)일 수 있다.
도 2를 참조하면, 박막형 태양전지모듈(130)은 PDLC부(200)의 양면 중 태양광이 입사하는 PDLC부(200)의 일면 상에 위치하여, 입사하는 태양광으로부터 직류 전원을 생성하고, 박막형 태양전지모듈(130)을 투과한 태양광은 PDLC부(200)의 작동에 의해 투과 또는 차단될 수 있다.
이와 같이, 박막형 태양전지모듈(130)이 PDLC부(200)의 상면에 위치함으로써, 스마트 윈도우 장치(100)의 구성과 전력공급 계통이 간단해 질 수 있으며, 스마트 윈도우 장치(100)의 전면 전체에 박막형 태양전지모듈(130)을 형성할 수 있기 때문에, 광전변환 효율이 향상될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 이러한 박막형 태양전지모듈(130)은 유리 등의 투명 기판(110), 기판(110) 상에 패터닝된 다수의 투명전면전극(121), 투명전면전극(121) 상의 광전변환층(123) 및 광전변환층(123)상의 후면전극(125) 등을 포함할 수 있다.
투명전면전극(121)은 광투과성재료 예를 들면, 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 인듐 틴 옥사이드(ITO) 등의 물질로 이루어질 수 있다.
광전변환층(123)은 비정질 실리콘계(p/i/n) 박막으로 형성되거나, 비정질 실리콘계 박막과 미세결정질 실리콘계 박막이 적층된 텐덤형 실리콘계 박막층으로 형성될 수 있다.
또한, 광전변환층(123)이 텐덤형 실리콘계 박막층으로 형성될 경우에는 비정질 실리콘계 박막과 미세결정질 실리콘계 박막의 사이에 중간 투명 도전층이 더 형성될 수도 있다. 이와 같이, 광전변환층(123)의 구조는 본 발명에서 제한되지 않으며, 다양한 형태의 박막 구조로 형성될 수 있다.
후면 전극(150)은 금(Au), 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등과 같이 전기 전도성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있으며, 인접 배치된 박막 태양 전지의 투명전면전극(121)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 전원 변환부(140)는, 태양전지모듈(130)에서 생산한 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 PDLC부(200)로 공급할 수 있다. 전원 변환부(140)는 PDLC부(200)가 동작하는 전원의 종류에 따라 컨버터 또는/및 인버터를 포함할 수 있다. 컨버터 및 인버터에 대하여서는 도 8 및 9에서 후술하기로 한다.
한편, 입력부(150)는 전원 변환부(140)의 동작을 제어하기 위한 제1 입력신호를 제어부(160)로 전송할 수 있으며, 이러한 제1 입력신호의 인가에 따른 제어부(160)의 제어에 의해 전원 변환부(140)가 구동 전원을 PDLC부(200)로 인가함으로써, 스마트 윈도우 장치(100)가 동작을 개시할 수 있다. 이때, 제1 입력신호가 1회 더 입력되는 경우는 구동 전원의 공급을 중단할 수 있다.
도 4는 구동 전원의 인가 여부에 따른 PDLC부(200)의 동작을 도시하는데, 먼저 PDLC부(200)의 구성을 살펴보면, PDLC부(200)는, 제1 투광성전극(220)이 구비된 제1 기판(210)과 제2 투광성전극(240)이 구비된 제2 기판(230)이 일정 간격을 두고 대향되며, 제1 투광성전극(220)과 제2 투광성전극(240) 사이에는 액정방울(260)이 분산된 고분자 매트릭스(250)가 위치하고, 액정방울(260) 내에는 액정(262)이 배열될 수 있다.
또한, 제1 투광성전극(220)과 제1 기판(210) 사이에는 제1 중간층(미도시)이 위치할 수 있으며, 제2 투광성전극(240)과 제2 기판(230) 사이에는 제2 중간층(미도시)이 위치할 수 있다. 제1 중간층(미도시) 및 제2 중간층(미도시)은 PET(Polyethylene terephthalate) 등으로 이루어질 수 있다.
제1 기판(210)과 제2 기판(230)은 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리에폭시로 등의 투명한 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제1 투광성전극(220)과 제2 투광성전극(240)은 ITO, IZO(In-ZnO), GZO(Ga-ZnO), AZO(Al-ZnO), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), IrOx, RuOx, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au 및 Ni/IrOx/Au/ITO 중 적어도 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
액정방울(260)이 분산된 고분자 매트릭스(250)는, 자외선이나 열에 의해 경화되는 고분자 물질의 원료를 액정(262)과 혼합하여 액정 시편에 주입한 후 자외선이나 열에 노출시켜 형성할 수 있다. 즉, 고분자 물질의 원료들이 자외선이나 열에 노출되어 고분자를 형성할 때, 액정(262)과 상 분리를 일으키게 되며, 이에 따라 고분자 망 사이에 액정방울(260)이 형성될 수 있다.
액정(262)은 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정, 스멕틱 액정, 강유전성 액정 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 PDLC부(200)의 동작은 먼저, (a)와 같이 구동 전원이 인가되지 않은 경우는, 액정방울(260) 내의 액정(262)은 임의의 방향으로 배열하여 액정방울(260)의 유효 굴절률과 고분자의 굴절률 사이에는 차이가 발생하고, 이에 의해 입사하는 광(L1)은 불투명하게 산란될 수 있다.
반면에, (b)와 같이 구동 전원이 인가되면 액정(262)들은 한 방향으로 정렬하여 액정방울(260)과 고분자의 굴절률과 같아지게 되며, 입사하는 광(L2)은 PDLC부(200)를 투과할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(100)는, 광 투과량의 조절을 위해 구동 전원의 인가시 적어도 일 부분만이 동작할 수 있다.
도 5는 PDLC부(200)의 분해 사시도로, 제1 기판(210)을 생략하고, 제1 투광성전극(220)을 분리하여 도시하고 있으며, 도 6은 제1 투광성전극(220)에의 구동전원의 공급방법을 도시한 도로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 투광성전극(220) 및 제2 투광성전극(240) 중 적어도 어느 하나의 패터닝을 통해 PDLC부(200)는 구동 전원이 독립적으로 인가되는 수 개의 영역으로 구획될 수 있다.
일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 투광성전극(220)은 수 개의 서브전극(221~226)으로 구획되어 있으며, 수 개의 서브전극(221~226)은 서로 절연상태이다. 또한, 도 6 (a)와 같이, 수 개의 서브전극(221~226)에 +단(p)과 -단(m)이 개별적으로 연결이 되어, 구동전원이 동시에 인가될 수도 있고, 독립적으로 인가될 수도 있다.
일 예로, 제2 서브전극(222)에만 구동전원이 인가되는 경우, 제2 서브전극(222)과 제2 투광성전극(240) 사이에만 전계가 형성되며, 이에 따라 액정방울(260)이 분산된 고분자 매트릭스(250)는 제2 서브전극(222)이 위치하는 영역에서만 광을 투과할 수 있게 된다.
한편, 도 6의 (b)는 수 개의 서브전극(221~226)에 +단(p)과 -단(m)이 개별적으로 연결되어 있으나, +단(p)과 -단(m)이 서로 다른 방향으로 연결되는 예를 도시한다. 이와 같이, +단(p)과 -단(m)이 서로 다른 방향으로 연결되는 경우는, 구동전원의 공급을 위한 전력공급 구조가 더욱 단순해질 수 있다.
도 6의 (c)는 제1 내지 제3 서브전극(221~223)이 공통단자로 묶여 있는 것을 도시한다. 즉, 제1 내지 제3 서브전극(221~223)은 그룹화되어 구동전원이 동시에 인가되며, 제4 내지 제6 서브전극(224~226)은 개별적으로 구동전원이 인가되어 독립적으로 동작할 수 있다.
또한, (c)의 경우도 (d)에서 도시하고 있는 것처럼, +단(p)과 -단(m)이 서로 다른 방향으로 연결되어 전력공급 구조를 단순화할 수 있다.
상술한 수 개의 서브전극(221~226)으로의 선택적인 구동전원의 인가는 입력부(150)의 제2 입력 신호에 따라 제어부(160)에서 이를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 제2 입력신호에 따라, PDLC부(200)의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 도 4에서 도시하고 설명한 액정방울(260)이 분산된 고분자 매트릭스(250)의 형성 시, 특정 문자나 기호를 표시할 수 있도록, 해당 영역을 제외하거나, 또는 해당 영역에만 액정방울(260)이 분산된 고분자 매트릭스(250)를 형성하고, 제1 투광성전극(220)과 제2 투광성전극(240)이 연결되도록 함으로써, 스마트 윈도우 장치(100)에 구동 전원의 인가시 특정 문자나 기호가 표시될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 제1 기판(210) 및 제2 기판(230) 중 적어도 어느 하나는 특정의 색을 띄도록 할 수 있다. 이에 따라, PDLC부(200)에 구동 전원이 인가될 때, PDLC부(200)를 투과하는 광은 이를 통과하는 가시광 중 특정한 파장을 가지는 광만 투과할 수 있다.
한편, 입력부(150)는 입력단계에 따른 입력신호를 제어부(160)로 전송하며, 제어부(160)는 이에 따라 스마트 윈도우 장치(100)의 작동과, 전원변환부(140) 및 PDLC부(200)의 동작을 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이고, 도 8 및 도 9는 스마트 윈도우 장치에 포함되는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 스마트 윈도우 장치(400)는 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지모듈(405), 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부(410), 구동 전원의 인가 여부에 따라 광 투과도가 변경되는 PDLC부(440)와 구동 전원을 PDLC부(440)로 인가하도록 전원 변환부(410) 및 PDLC부(440)의 동작을 제어하는 제어부(450)를 포함할 수 있다.
태양전지모듈(405) 및 PDLC부(440)는 도 1 내지 도 6에서 도시하고 설명한 태양전지모듈(130) 및 PDLC부(200)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
전원 변환부(410)는, 태양전지모듈(405)에서 생산한 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 PDLC부(440)로 공급할 수 있다.
이러한 전원 변환부(410)는 PDLC부(440)가 동작하는 전원의 종류에 따라 컨버터 또는/및 인버터를 포함할 수 있다.
도 8은 전원변환부(410)의 일 예를 도시한 회로도로, dc/dc 컨버터(420)를 포함하는 경우의 회로도이다. 도 6을 참조하면, dc/dc 컨버터(420)는 태양 전지(405)로부터 공급되는 직류 전원을 레벨 변화시켜 출력한다. 예를 들어, 태양 전지(405)에서 발전된 직류 전원을 승압시켜 출력할 수 있다.
이를 위해, dc/dc 컨버터(420)는, 스위칭 모드 전력 공급부(SMPS)(422)를 포함할 수 있으며, 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 태양 전지(405)로 부터의 직류 전원의 일 방향 도통을 위한 다이오드 소자(D1), 태양 전지(405)로부터의 직류 전원을 저장하는 커패시터(C1), 스위칭 모드 전력 공급부(422)에서 변환되어 출력되는 직류 전원을 저장하는 커패시터(C2), 및 변환된 직류 전원을 일 방향 도통하도록 하는 다이오드 소자(D2), 및 스위칭 모드 전력 공급부(422)에 접속되어 스위칭 동작을 수행하는 스위칭 소자(SW3)를 더 구비할 수 있다.
이와 같은 dc/dc 컨버터(420)는 도 1에서 도시하고 설명한 전원변환부(140)에 포함될 수 있다.
한편, 입력 전압 감지부(A)는 태양 전지(405)로부터 입력되는 직류 전원(Vd1)을 감지하여, 이를 제어부(450)로 전달할 수 있다. 이에 따라, 제어부(450)는 태양 전지(405)로부터 공급되는 직류 전원(Vd1)의 크기를 기 설정치와 비교하여, 구동 전원을 PDLC부(440)로 공급하도록 전원변환부(410)를 제어할 수 있다. 이러한 입력 전압 감지부(A)는 dc/dc 컨버터(420)에 포함되어 구성될 수 있으며, 또한 제어부(450)에 포함되도록 구성될 수 있다.
도 9는 전원변환부의 일 예를 도시한 회로도로, 인버터(430)를 포함하는 경우의 회로도이다. 인버터(430)는, 복수개의 인버터용 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해, dc 단 커패시터(Cdc)의 직류 전원(Vdc)을 소정 주파수, 소정 크기의 교류 전원으로 변환하여 PDLC부(440)에 출력할 수 있다.
이와 같은 인버터(430)는 도 1에서 도시하고 설명한 전원변환부(140)에 포함될 수 있다.
한편, 태양 전지(405)로부터 입력되는 직류 전원을 감지하는 입력 전압 감지부(D)는 태양 전지(405)로부터 입력되는 직류 전원의 크기를 제어부(450)에 전달하며, 제어부(450)는, 태양 전지(405)로부터 공급되는 직류 전원의 크기와 기 설정치를 비교하여, PDLC부(440)로 구동 전원을 공급하도록 전원변환부(410)를 제어할 수 있다.
상술한 컨버터(420) 및 인버터(430)는 전원변환부(410)에 동시에 포함될 수 있다. 즉, PDLC부(440)가 교류전원으로 작동하는 경우, 태양전지모듈(405)에서 생산한 직류 전원은 컨버터(420)에서 승압되며, 승압된 직류 전원은 인버터(430)에 의해 소정 주파수, 소정 크기의 교류 전원으로 변환되어, PDLC부(440)로 공급될 수 있다.
제어부(450)는, 상술한 바와 같이, 입력 전압 감지부(A, D) 등에 의해 태양전지모듈(405)에서 생성하는 직류 전원의 크기를 감지하여, 이에 따라 전원 변환부(410)의 동작을 제어할 수 있다.
즉, 태양전지모듈(405)에서 생성하는 직류 전원의 크기가 기 설정치 보다 큰 경우는, 전원 변환부(410)에서 PDLC부(440)로 구동 전원을 공급하여 PDLC부(440)가 투명해지도록 제어할 수 있으며, 태양전지모듈(405)에서 생성하는 직류 전원의 크기가 기 설정치 보다 작은 경우는, PDLC부(440)로 구동 전원을 공급을 중단하도록 전원변환부(410)를 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(400)가 전시장, 커피숍 등에 설치되 경우, 낮 시간 동안 자동으로 내부의 전경을 공개할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(400)는 도 4 (a)에서 도시하고 설명한 바와 같이, 구동 전원이 인가되지 않은 경우에는 액정방울(260)의 유효 굴절률과 고분자의 굴절률 간의 차이에 의해, 입사하는 광(L1)이 불투명하게 산란 되어, 우유빛을 띄게 된다. 이러한 상태의 스마트 윈도우 장치(400)는 투과형 스크린으로 사용할 수 있는바, 전시장, 커피숍 등에서 외부로 영상을 플레이 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치(400)는 태양광의 세기를 감지할 수 있는 광 감지부(460)를 더 포함할 수 있다. 광 감지부(460)는 태양광의 세기를 측정하여 제어부(450)로 공급하며, 이에 따라 제어부(450)는 광 감지부(460)에서 측정한 태양광의 세기에 따라 구동 전원을 인가하도록 전원 변환부(410)를 제어할 수 있다.
일 예로, 태양광의 세기가 기 설정치보다 큰 경우, 자동으로 PDLC부(440)로 구동 전원의 공급을 중단하여 실내로 태양광이 과도하게 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, PDLC부(440)는 독립적으로 구동할 수 있는 수 개의 영역으로 구획될 수 있으며, 제어부(450)는 광 감지부(460)에서 측정한 태양광의 세기에 따라 또는 입력부(470)의 제2 입력신호에 따라 PDLC부(440)의 작동을 제어하여, 구동 전원이 수 개의 영역에 개별적으로 또는 동시에 인가되도록 할 수 있다.
일 예로, 도 5 및 도 6에서 설명한 바와 같이, PDLC부(440)의 제1 투광성전극(미도시) 및 제2 투광성전극(미도시) 중 적어도 어느 하나는 패터닝을 통해 수 개의 서브전극(미도시)으로 구획될 수 있고, 수 개의 서브전극(미도시)은 전원이 개별적으로 연결이 되어, 구동전원이 동시 또는 개별적으로 인가될 수 있다.
따라서, 태양광의 세기에 따라 PDLC부(440)의 광 투과도를 변경하여, 실내로의 입사광을 조절할 수 있게 된다.
한편, 입력부(470)는 입력단계에 따른 입력신호를 제어부(450)로 전송하며, 제어부(450)는 이에 따라 스마트 윈도우 장치(400)의 작동과, 전원변환부(410) 및 PDLC부(440)의 동작을 제어할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 스마트 윈도우 장치(800)는 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지모듈(805), 전원 변환부(825), PDLC부(830)와 제어부(810)를 포함할 수 있으며, 충방전부(820)와, 직류 전원을 충방전부(820) 또는 전원 변환부(825)로 인가하도록 스위칭하는 스위칭부(815)를 더 포함할 수 있다.
태양전지모듈(805), 전원 변환부(825) 및 PDLC부(830)는 도 1 내지 도 9에서 도시한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
스위칭부(815)는 제어부(810)의 제어에 따라 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원을 충방전부(820) 또는 전원 변환부(825)로 인가하도록 스위칭하며, 충방전부(820)는 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원을 충전하고, 충전된 충전 전원을 전원 변환부(825)로 공급할 수 있다. 충방전부(820)는 2차 전지나 전기 이중층 콘덴서 등이 사용될 수 있다.
도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 장치(800)의 동작을 설명하면, 우선 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 큰 경우, 제어부(810)는 직류 전원을 충방전부(820)로 인가하도록 스위칭부(815)를 제어한다. 또한, 전원 변환부(825)로 충전 전원의 공급을 중단하도록 충방전부(820)를 제어한다.
한편, 스위칭부(815)의 스위칭을 위한 입력부(840)의 제3 입력신호는 제어부(810)로 전달되며, 이에 의해 제어부(810)는, 스위칭부(815)의 스위칭에 의해 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원이 전원 변환부(825)로 인가되도록 스위칭부(815)를 제어할 수 있다. 이와 동시에, 입력부(840)로 제3 입력신호가 인가되면, 제어부(810)는 전원변환부(825)가 직류 전원을 구동 전원으로 변환하여 PDLC부(830)로 인가하도록 전원 변환부(825)를 제어할 수 있다.
이에 의해, 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 커서, PDLC부(830)로 구동 전원이 인가되지 않는 상태라도, 입력부(840)의 제3 입력신호가 인가되면, PDLC부(830)로 구동 전원이 인가될 수 있다. 제3 입력신호는 제어부(810)로 재입력될 수 있으며, 이때 제어부(810)는 스위칭부(815)가 스위칭되어 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원이 충방전부(820)로 다시 인가될 수 있도록 스위칭부(815)를 제어할 수 있다.
한편, 태양전지모듈(805)에서 생산한 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 작은 경우, 제어부(810)는, 충방전부(820)의 충전 전원을 전원 변환부(825)로 인가하도록 충방전부(825)를 제어하고, 전원변환부(825)가 충전 전원을 구동 전원으로 변환하여 PDLC부(830)로 인가하도록 전원 변환부(825)를 제어할 수 있다.
이에 의해, 태양전지모듈(805)가 주간의 태양광을 받아서 직류 전원을 생산하고, 이 직류 전원을 충방전부(820)에 저장해두었다가 야간에 스마트 윈도우 장치(800)의 전력으로 사용할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에서 도시하고 설명한 바와 같이, PDLC부(830)는 독립적으로 구동할 수 있는 수 개의 영역으로 구획될 수 있고, 제어부(810)는 태양전지모듈(805)에서 발생하는 직류 전원의 크기를 감지하여, 이에 따라 또는 입력부(840)의 제2 입력신호에 따라 PDLC부(830)의 동작을 제어할 수 있다. 이에 의해, 구동 전원이 수 개의 영역에 순차적으로 또는 동시에 인가될 수 있다.
따라서, 입력부(840)의 입력신호는 그 입력단계에 따른 입력신호를 제어부(810)로 전송하며, 제어부(810)는 이에 따라 스마트 윈도우 장치(800)의 동작과, 스위칭부(815), 충방전부(820), 전원변환부(825) 및 PDLC부(830)의 동작을 제어할 수 있다.
그 결과 본 발명에 따른 스마트 윈도우 장치(800)는 태양광을 구동전원으로 사용하여, 전력공급 계통구조가 단순해질 수 있고, 태양전지모듈(805)에서 발생하는 직류전원에 따라 광투과를 자동으로 조절할 수 있다.
실시예에 따른 스마트 윈도우 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성에 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110, 405, 805 : 태양전지 120, 410, 825 : 전원 변환부
150, 470, 840 : 입력부 160, 450, 810 : 제어부
200, 440, 830 : PDLC부 460 : 광 감지부
815 : 스위칭부 820 : 충방전부
150, 470, 840 : 입력부 160, 450, 810 : 제어부
200, 440, 830 : PDLC부 460 : 광 감지부
815 : 스위칭부 820 : 충방전부
Claims (14)
- 태양광을 직류 전원으로 변환하는 태양전지모듈;
상기 직류 전원을 구동 전원으로 변환하는 전원 변환부;
상기 구동 전원의 인가 여부에 따라 광 투과도가 변경되는 PDLC(Polymer disperse liquid crystal)부;
상기 전원 변환부의 작동을 제어하기 위한 제1 입력신호를 생성하는 입력부; 및
상기 제1 입력신호에 따라 상기 구동 전원을 상기 PDLC부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 태양전지모듈은, 상기 태양광이 입사하는 상기 PDLC부의 일면 상에 위치하고, 상기 태양광이 투과하는 박막형 태양전지모듈인 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 PDLC부는,
제1 투광성전극이 구비된 제1 기판, 상기 제1 기판과 대향하고 제2 투광성전극이 구비된 제2 기판 및 상기 제1 투광성전극과 상기 제2 투광성전극 사이의 액정방울이 분산된 고분자 매트릭스를 포함하고,
상기 제1 투광성전극 및 상기 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나는 패터닝된 스마트 윈도우 장치. - 제2항에 있어서,
상기 패터닝은 상기 제1 투광성전극 및 상기 제2 투광성전극 중 적어도 어느 하나를 수 개의 서브전극으로 분할하고, 상기 분할된 상기 수 개의 서브전극에는 상기 구동전원이 개별적으로 인가되는 스마트 윈도우 장치. - 제3항에 있어서,
상기 입력부는 상기 수 개의 서브전극에 상기 구동전원을 개별적으로 인가하기 위한 제2 입력신호를 생성하고,
상기 제어부는 상기 제2 입력신호에 따라, 상기 PDLC부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 큰 경우, 상기 구동 전원을 상기 PDLC부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제5항에 있어서,
상기 태양광의 세기를 측정하여 상기 제어부로 공급하는 광 감지부;를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 태양광의 세기에 따라 상기 구동 전원을 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제6항에 있어서,
상기 PDLC부는 상기 구동 전원이 독립적으로 인가되는 수 개의 영역으로 구획되며,
상기 제어부는, 상기 태양광의 세기에 따라 상기 구동 전원이 상기 수 개의 영역에 개별적으로 또는 동시에 인가되도록 상기 PDLC부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 직류 전원을 충전하고, 충전된 충전 전원을 상기 전원 변환부로 공급하는 충방전부;와,
상기 직류 전원을 상기 충방전부 또는 상기 전원 변환부로 인가하도록 스위칭하는 스위칭부;를 더 포함하고,
상기 전원변환부는 상기 충전 전원을 상기 구동 전원으로 변환하는 스마트 윈도우 장치. - 제8항에 있어서,
상기 직류 전원의 크기가 상기 기 설정치보다 큰 경우, 상기 제어부는,
상기 직류 전원을 상기 충방전부로 인가하도록 상기 스위칭부를 제어하고,
상기 전원 변환부로 상기 충전 전원의 공급을 중단하도록 상기 충전부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제9항에 있어서,
상기 입력부는 상기 스위칭부를 스위칭하기 위한 제3 입력신호를 상기 제어부로 전송하고,
상기 제어부는,
상기 제3 입력신호의 인가시, 상기 직류 전원을 상기 전원 변환부로 인가하도록 상기 스위치부를 스위칭하는 스마트 윈도우 장치. - 제10항에 있어서,
상기 제3 입력신호 인가시, 상기 제어부는 상기 구동 전원을 상기 PDLC부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제8항에 있어서,
상기 직류 전원의 크기가 기 설정치보다 작은 경우, 상기 제어부는,
상기 충전 전원을 상기 전원 변환부로 인가하도록 상기 충방전부를 제어하고,
상기 구동 전원을 상기 PDLC부로 인가하도록 상기 전원 변환부를 제어하는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
상기 PDLC부는 상기 구동 전원의 인가시 투명해지는 스마트 윈도우 장치. - 제1항에 있어서,
전원변환부는 컨버터 또는/및 인버터를 포함하는 스마트 윈도우 장치.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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