KR20180120304A - 전기변색장치 - Google Patents

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KR20180120304A
KR20180120304A KR1020170053819A KR20170053819A KR20180120304A KR 20180120304 A KR20180120304 A KR 20180120304A KR 1020170053819 A KR1020170053819 A KR 1020170053819A KR 20170053819 A KR20170053819 A KR 20170053819A KR 20180120304 A KR20180120304 A KR 20180120304A
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Abstract

실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 제1 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제1 임계시간이며, 상기 전기변색소자에 제2 전압이 인가되어 제2 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제2 임계시간일 수 있다.

Description

전기변색장치{Electrochromic device}
실시 예는 전기변색장치에 관한 것이다.
전기변색이란 인가되는 전원에 의해 유발되는 산화 환원 반응에 기초하여 색이 변경되는 현상이다. 상기 전기변색될 수 있는 물질은 전기변색물질로 정의될 수 있다.
상기 전기변색물질을 포함하는 전기변색장치는 다양한 용도로 이용되어 왔다. 상기 전기변색장치는 건축용 창유리나 자동차 유리의 광투과도 또는 반사도를 조절하는 용도로 이용되어 왔다. 특히, 상기 전기변색장치는 차량에 사용되는 후방 미러(Rear View Mirror) 용도로 이용되어, 주야간에 자동차 후방미러를 통해 반사되는 후방차량의 강한 불빛이 운전자의 시야를 방해하지 않도록 하는데 이용되어 왔다.
상기 전기변색장치의 경우 전원에 의해 변색되므로, 원하는 변색정도를 구현하기 위해 인가되는 전압을 적절히 제어해야하는 기술적 과제가 있다.
또한, 상기 전기변색장치의 변색과정 및 유지과정에서는 전원이 필요하므로, 면적이 커질수록 소비전력이 상승하는 문제점이 있다.
실시 예는 원하는 변색레벨을 구현할 수 있는 전기변색장치를 제공한다.
실시 예는 소비전력을 저감하는 전기변색장치를 제공한다.
실시 예는 영역별 변색편차를 줄일 수 있는 전기변색장치를 제공한다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 제1 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제1 임계시간이며, 상기 전기변색소자에 제2 전압이 인가되어 제2 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제2 임계시간일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 하는 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 전압을 인가하며, 상기 제어부는 상기 제1 상태로 변경시키는 경우 제1 인가시간동안 전압을 인가하고, 상기 제2 상태로 변색시키는 경우 제2 인가시간동안 전압을 인가할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 상기 제1 상태의 전기변색소자가 상기 제3 상태로 변색되는 경우의 임계시간은 제1 임계시간이며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 상기 제2 상태의 전기변색소자가 상기 제3 상태로 변색되는 경우의 임계시간은 제2 임계시간이며, 상기 제1 임계시간과 상기 제2 임계시간은 서로 상이할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 전압을 인가하며, 상기 제어부는 상기 제1 상태의 전기변색소자를 상기 제3 상태로 변경시키는 위해 제1 인가시간동안 전압을 인가하고, 상기 제어부는 상기 제2 상태의 전기변색소자를 상기 제3 상태로 변경시키기 위해 제2 인가시간동안 전압을 인가할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는 최초 상태에 따라 인가되는 다른 인가전압을 인가하여 원하는 변색레벨을 구현할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는 임계시간보다 긴시간동안 구동전압을 인가하여 영역별 변색편차를 줄일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는 임계시간에 기초하여 구동전압 인가시간을 제어하여 소비전력을 줄일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는 임계시간에 기초하여 유지전압의 인가시간을 제어하여 소비전력을 줄일 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 전기변색장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시 예에 따른 제어모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 전기변색소자를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 전기변색장치의 착색시 상태변경을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시 예에 따른 전기변색장치의 탈색시 상태변경을 나타내는 도면이다.
도 6은 실시 예에 따른 전기변색장치에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 전압이 인가되기 전의 내부 전위를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 착색 초기단계의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 전기변색장치에서 착색 완료단계의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시 예에 따른 전기변색장치에 인가되는 전압과 상기 전기변색장치의 투과율간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 변색완료 후 전압인가가 해제되었을 때의 전위를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시 예에 따른 전기변색장치에서 탈색 초기단계의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 13은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 탈색 완료상태의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시 예에 따른 전기변색장치에 인가되는 전압과 상기 전기변색장치의 투과율 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시 예에 따른 전기변색장치의 인가전압과 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 실시 예에 따른 전기변색장치의 착색과정에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 실시 예에 따른 전기변색장치의 탈색과정에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18은 실시 예에 따른 전기변색장치의 인가전압과 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시 예에 따른 전기변색장치의 탈색과정과 착색과정에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 20은 실시 예에 따른 전기변색장치의 등가회로도이다.
도 21은 실시 예에 따른 전기변색소자의 시간별 전기변색정도를 나타내는 도면이다.
도 22는 실시 예에 따른 전압에 대한 임계시간의 그래프이다.
도 23은 실시 예에 따른 제어모듈에서 상기 전기변색소자에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 24는 실시 예에 따른 전기변색장치의 전압차에 따른 임계시간을 나타내는 도면이다.
도 25는 실시 예에 따른 전기변색장치의 듀티 사이클에 따른 임계시간을 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 제2 투과율을 가지는 제2 상태, 제3 투과율을 가지는 제3 상태 또는 제4 투과율을 가지는 제4 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고- 상기 제2 투과율은 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지고, 상기 제3 투과율은 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지며, 상기 제4 투과율은 상기 제3 투과율에 비해 큰 값을 가짐 -, 상기 전기변색소자가 제1 상태를 가지는 상태에서 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되는 경우 상기 전기변색소자는 제2 상태가 되고, 상기 전기변색소자가 제4 상태를 가지는 상태에서 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되는 경우 상기 전기변색소자는 제3 상태가 된다.
상기 전기변색층 및 상기 이온저장층은 상기 이온의 이동에 의해 변색될 수있다.
상기 전기변색층 및 이온저장층은 상기 이온과의 결합력을 가지고, 상기 전기변색층과 상기 이온과의 결합력과 상기 이온저장층과 상기 이온과의 결합력은 서로 상이할 수 있다.
상기 전기변색층과 상기 이온과의 결합을 해제하기 위한 제1 문턱전압과 상기 이온저장층과 상기 이온과의 결합력을 해제하기 위한 제2 문턱전압은 서로 상이할 수 있다.
상기 전기변색층은 내부전위를 가지고, 상기 내부전위는 상기 전기변색층에 위치하는 이온의 개수에 비례할 수 있다.
상기 제어부는 상기 내부전위와 제1 문턱전압의 합보다 높은 전압을 인가하여 이온을 이동시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 내부전위와 제1 문턱전압의 차보다 낮은 전압을 인가하여 이온을 이동시킬 수 있다.
상기 제1 상태, 제2 상태, 제3 상태 또는 제4상태는 상기 전기변색층에 포함된 이온의 개수에 의해 결정될 수 있다.
상기 제1 상태, 제2 상태, 제3 상태 또는 제4 상태는 상기 전기변색층에 포함된 이온과 상기 이온저장층에 포함된 이온의 비율에 따라 결정될 수 있다.
상기 전기변색층 및 이온저장층과 상기 이온과의 결합력은 물리적 결합력 또는 화학적 결합력일 수 있다.
상기 전기변색층과 이온저장층을 구성하는 물질의 물리적 구조가 서로 상이하여, 상기 전기변색층 및 이온저장층과 상기 이온과의 물리적 결합력은 서로 다를 수 있다.
상기 이온은 수소이온 또는 리튬이온일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 제3 투과율을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고- 상기 제2 투과율은 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지고, 상기 제3 투과율은 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가짐 -, 상기 제어부는 상기 전기변색소자가 제1 상태를 가지는 상태에서 상기 전기변색소자에 제1 전압을 인가하여 상기 전기변색소자를 제2 상태로 변경시키고, 상기 제어부는 상기 전기변색소자가 제3 상태를 가지는 상태에서 상기 전기변색소자에 제2 전압을 인가하여 상기 전기변색소자를 제2 상태로 변경시키며, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 서로 다를 수 있다.
상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 클 수 있다.
상기 제어부는 상기 전기변색소자가 제1 상태인지 제3 상태인지에 기초하여 상기 전기변색소자를 제2 상태로 변경시키기 위해 상기 제1 전압 및 제2 전압 중 어느 하나의 전압을 선택적으로 인가할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전기변색소자가 제1 상태인지 제3 상태인지에 기초하여 제2 상태로 변경시키기 위한 과정이 착색과정인지 탈색과정인지 판단하여 상기 제1 전압 및 제2 전압 중 어느 하나의 전압을 선택적으로 인가할 수 있다.
상기 제어부는 이전 상태변경에 인가되었던 전압을 통해 이전상태를 판단할수 있다.
상기 착색과정에서의 구동전압과 탈색과정에서의 구동전압이 저장된 저장부를 더 포함할 수 있다.
상기 저장부에는 착색과정에서의 목적상태별 구동전압과 탈색과정에서의 목적레벨별 구동전압이 저장될 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 상기 전기변색소자를 착색 또는 탈색시키는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 탈색된 상태에서 상기 전기변색소자에 제2 전압이 인가되면 착색되되, 상기 제1 전압과 상기 제2 전압 사이에 상기 전기변색소자의 상태가 유지되는 제3 전압이 존재할 수 있다.
상기 제3 전압이 인가되는 경우 상기 전기변색층과 상기 이온저장층에 존재하는 이온은 이동하지 않을 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 상기 전기변색소자를 착색 또는 탈색시키는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 전기변색소자에 제1 전압을 인가하여 탈색시킨 상태에서 상기 전기변색소자에 제2 전압을 인가하여 착색시키되, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 불변전압구간만큼 더 클 수 있다.
상기 전기변색층 및 이온저장층은 상기 이온과의 결합력을 가지고, 상기 전기변색층과 상기 이온과의 결합력과 상기 이온저장층과 상기 이온과의 결합력은 서로 상이할 수 있다.
상기 불변전압구간은 제1 문턱전압과 제2 문턱전압의 합과 대응되고, 상기 제1 문턱전압은 상기 전기변색층과 상기 이온과의 결합을 해제하기 위한 전압이고, 상기 제2 문턱전압은 상기 이온저장층과 상기 이온과의 결합을 해제하기 위한 전압일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 제1 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제1 임계시간이며, 상기 전기변색소자에 제2 전압이 인가되어 제2 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제2 임계시간일 수 있다.
상기 전기변색소자가 제1 상태로 변색되는 경우 초기상태와 상기 전기변색소자가 제2 상태로 변색되는 경우 초기상태는 제3 상태로 동일할 수 있다.
상기 제1 임계시간은 상기 제3 상태에 의해 변경될 수 있다.
상기 제3 상태와 상기 제1 상태의 투과율 차이가 작아지면 상기 제1 임계시간은 줄어들 수 있다.
상기 임계시간은 온도에 의해 변경될 수 있다.
상기 전기변색소자는 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 컨택영역을 포함하고, 상기 전기변색소자는 상기 컨택영역과 인접하는 영역부터 투과율이 변경될 수 있다.
상기 전기변색소자에 임계시간 동안 전압이 인가되는 경우 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율은 편차를 가질 수 있다.
상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율의 편차는 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극의 면저항에 비례할 수 있다.
상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 클 수 있다.
상기 제2 임계시간은 상기 제1 임계시간에 비해 긴시간일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 하는 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 전압을 인가하며, 상기 제어부는 상기 제1 상태로 변경시키는 경우 제1 인가시간동안 전압을 인가하고, 상기 제2 상태로 변색시키는 경우 제2 인가시간동안 전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간과 상이할 수 있다.
상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간에 비해 긴 시간일 수 있다.
상기 제1 인가시간과 상기 제2 인가시간은 동일할 수 있다.
상기 제1 인가시간과 상기 제2 인가시간은 상기 전기변색소자의 면적에 따라 설정될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2 상태가 최고 투과율을 가지는 상태인 경우 상기 전기변색소자가 변경될 수 있는 모든 상태로 변경시 제2 인가시간동안 전압을 인가할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전기변색소자의 현재상태에 기초하여 변색시 인가시간을 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전기변색소자를 현재상태로 변경될 때 인가되었던 전압에 기초하여 상기 전기변색소자의 현재상태를 판단할 수 있다.
상기 전기변색소자를 현재상태로 변경될 때 인가되었던 전압이 저장된 저장부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 상기 제1 상태의 전기변색소자가 상기 제3 상태로 변색되는 경우의 임계시간은 제1 임계시간이며, 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 상기 제2 상태의 전기변색소자가 상기 제3 상태로 변색되는 경우의 임계시간은 제2 임계시간이며, 상기 제1 임계시간과 상기 제2 임계시간은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 임계시간은 상기 제2 임계시간에 비해 긴 시간일 수 있다.
상기 제1 임계시간은 상기 제1 상태와 제3 상태의 투과율 차이에 의해 결정되고, 상기 제2 임계시간은 상기 제1 상태와 제2 상태의 투과율 차이에 의해 결정될 수 있다.
상기 제1 임계시간은 상기 전기변색소자가 제1 상태로 변경될 때 인가되었던 전압과 상기 제1 전압의 차이에 의해 결정되고, 상기 제2 임계시간은 상기 전기변색소자가 제2 상태로 변경될 때 인가되었던 전압과 상기 제1 전압의 차이에 의해 결정될 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 전압을 인가하며, 상기 제어부는 상기 제1 상태의 전기변색소자를 상기 제3 상태로 변경시키는 위해 제1 인가시간동안 전압을 인가하고, 상기 제어부는 상기 제2 상태의 전기변색소자를 상기 제3 상태로 변경시키기 위해 제2 인가시간동안 전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간보다 짧은 시간일 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 인가시간동안 인가되는 전압과 상기 제2 인가시간동안 인가되는 전압의 크기는 동일할 수 있다.
상기 제1 상태가 최저 투과율을 가지는 상태이고, 상기 제3 상태가 최고투과율을 가지는 상태인 경우, 상기 제어부에서 출력되는 전압은 모두 제1 인가시간 동안 출력될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 상태와 상기 제2 상태의 투과율 차이에 기초하여 제1 인가시간을 결정하고, 상기 제어부는 상기 제1 상태와 상기 제3 상태의 투과율 차이에 기초하여 제2 인가시간을 결정할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며, 상기 제어부는 유지단계에서 전기변색소자의 상태를 유지하기 위한 유지전압을 인가하며, 상기 전기변색소자의 제1 상태를 유지하기 위한 임계시간은 제1 임계시간이며, 상기 전기변색소자의 제2 상태를 유지하기 위한 임계시간은 제2 임계시간일 수 있다.
상기 제2 임계시간은 상기 제1 임계시간 보다 길 수 있다.
상기 유지단계는 유지전압이 인가되는 인가시간과 유지전압이 인가되지 않는 비인가시간을 포함하며, 상기 전기변색소자의 유지단계에서, 상기 비인가시간이 제1 비인가시간이면, 상기 전기변색소자의 제1 상태를 유지하기 위한 임계시간은 제3 임계시간이고, 상기 비인가시간이 제2 비인가시간이면, 상기 전기변색소자의 제1 상태를 유지하기 위한 임계시간은 제4 임계시간일 수 있다.
상기 제1 비인가시간이 상기 제2 비인가시간보다 긴 시간인 경우, 상기 제3 임계시간은 상기 제4 임계시간보다 긴 시간일 수 있다.
상기 제1 상태를 유지하기 위한 유지전압은 제1 유지전압이고, 상기 제2 상태를 유지하기 위한 유지전압은 제2 유지전압일 수 있다.
상기 제1 유지전압은 상기 제2 유지전압보다 작을 수 있다.
상기 전기변색소자의 변색단계에서 제1 상태로 변색되는 초기상태는 제3 상태이고, 상기 제2 상태로 변색되는 초기상태는 제3 상태일 수 있다.
상기 제1 임계시간은 상기 제3 상태에 의해 변경될 수 있다.
상기 제3 상태와 상기 제1 상태의 투과율 차이가 작아지면 상기 제1 임계시간은 줄어들 수 있다.
상기 임계시간은 온도에 의해 변경될 수 있다.
상기 전기변색소자의 변색단계에서 상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 제1 상태로 변색되는 임계시간은 제5 임계시간이고, 상기 전기변색소자의 변색단계에서 상기 전기변색소자에 제2 전압이 인가되어 제2 상태로 변색되는 임계시간은 제6 임계시간이며, 상기 제1 임계시간은 상기 제5 임계시간에 비해 짧은 시간일 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색장치는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및 상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 제어부는 유지단계에서 상기 전기변색소자의 상태를 유지하기 위해 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 하는 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 유지전압을 인가하며, 상기 제어부는 상기 전기변색소자의 제1 상태를 유지하기 위해 제1 인가시간동안 제1 유지전압을 인가하고, 상기 제어부는 상기 전기변색소자의 제2 상태를 유지하기 위해 제2 인가시간동안 제2 유지전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간보다 긴 시간일 수 있다.
상기 유지단계는 유지전압이 인가되지 않는 비인가시간을 더 포함하며, 상기 전기변색소자의 유지단계에서, 상기 제어부는 상기 비인가시간이 제1 비인가시간이면, 상기 제1 상태를 유지하기 위해 제3 인가시간동안 제1 유지전압을 인가하고, 상기 제어부는 상기 비인가시간이 제2 비인가시간이면, 상기 제1 상태를 유지하기 위해 제4 인가시간동안 제1 유지전압을 인가할 수 있다.
상기 제1 비인가시간이 상기 제2 비인가시간보다 긴 시간인 경우 상기 제3 인가시간은 상기 제4 인가시간보다 긴 시간일 수 있다.
상기 제어부는 상기 제2 상태가 최고 투과율을 가지는 상태인 경우 상기 전기변색소자가 변경될 수 있는 모든 상태로 변경 후 상기 변경된 상태를 유지하기 위해 제2 인가시간 동안 유지전압을 인가할 수 있다.
상기 제어부는 변색단계에서 상기 전기변색소자를 제1 상태로 변경시키기 위해 제1 변색전압을 인가하고, 상기 제어부는 상기 변색단계에서 상기 전기변색소자를 제2 상태로 변경시키기 위해 제2 변색전압을 인가할 수 있다.
상기 제1 변색전압은 상기 제1 유지전압과 동일할 수 있다.
상기 제어부는 상기 변색단계에서 상기 전기변색소자를 제1 상태로 변경시키기 위해 제1 변색전압 인가시간 동안 제1 변색전압을 인가하고, 상기 제어부는 상기 변색단계에서 상기 전기변색소자를 제2 상태로 변경시키기 위해 제2 변색전압 인가시간 동안 제2 변색전압을 인가하며, 상기 제1 변색전압 인가시간은 상기 제1 인가시간 보다 길거나 같을 수 있다.
상기 제어부는 상기 전기변색소자의 현재상태에 기초하여 변색시 인가시간을 결정할 수 있다.
실시 예에 따른 전기변색소자의 제어방법은, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자의 제어방법으로써, 상기 전기변색소자가 제1 투과율을 가지는 제1 상태가 되도록 상기 전기변색소자에 제1 전압을 인가하는 변색단계; 및 상기 전기변색소자의 제1 상태가 유지되도록 상기 전기변색소자에 제1 전압을 인가시간동안 인가하는 유지단계를 포함하고, 상기 인가시간은 상기 전기변색소자의 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 하는 임계시간과 같거나 긴 시간일 수 있다.
상기 유지단계는 상기 제1 전압을 인가시간 동안 인가하는 인가단계; 및 상기 제1 전압을 비인가시간동안 인가하지 않는 비인가 단계를 포함하고, 상기 비인가시간의 길이에 의해 상기 인가시간이 결정될 수 있다.
상기 임계시간은 상기 비인가시간과 비례할 수 있다.
상기 임계시간은 상기 제1 전압의 크기에 비례할 수 있다.
상기 인가시간은 상기 제1 전압의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 변색단계에서 제1 전압은 제1 상승시간을 가지고, 상기 유지단계에서 제1 전압은 제2 상승시간을 가지며, 상기 제1 상승시간은 상기 제2 상승시간에 비해 짧을 수 있다.
상기 변색단계에서 제1 전압은 제1 상승각도을 가지고, 상기 유지단계에서 제1 전압은 제2 상승각도을 가지며, 상기 제1 상승각도는 상기 제2 상승각도에 비해 작을 수 있다.
상기 제1 상승각도는 상기 제1 전압의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 실시 예에 따른 전기변색장치를 설명한다.
1. 전기변색장치
도 1은 실시 예에 따른 전기변색장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색장치(1)는 제어모듈(100) 및 전기변색소자(200)를 포함한다.
상기 전기변색장치(1)는 외부전원(2)으로부터 전원을 인가받을 수 있다.
상기 외부전원(2)은 상기 전기변색장치(1)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 외부전원(2)은 상기 제어모듈(100)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 외부전원(2)은 상기 제어모듈(100)에 전압 및/또는 전류를 공급할 수 있다. 상기 외부전원(2)은 상기 제어모듈(100)에 직류전압 또는 교류전압을 공급할 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)를 제어할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 외부전원(2)으로부터 입력받은 전원에 기초하여 구동전원을 생성하여 상기 전기변색소자(200)로 공급할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)를 구동시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 구동전원을 통해 상기 전기변색소자(200)의 상태를 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 투과율을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 반사율을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)를 변색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)를 탈색 또는 착색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 탈색 또는 착색되도록 제어할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)는 상기 제어모듈(100)에 의해 상태가 변경될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 구동전압에 의해 상태가 변경될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 구동전압에 의해 변색될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 구동전압에 의해 탈색 또는 착색될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 구동전압에 의해 투과율이 변경될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 구동전압에 의해 반사율이 변경될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)는 미러일 수 있다. 상기 변색소자(200)는 윈도우일 수 있다. 상기 전기변색소자(200)가 미러인 경우 상기 구동전압에 의해 반사율이 변경될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)가 윈도우일 경우 상기 구동전압에 의해 투과율이 변경될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 미러인 경우 상기 전기변색소자가 착색되면 반사율이 감소할 수 있고, 상기 전기변색소자가 탈색되면 반사율이 증가할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 윈도우인 경우 상기 전기변색소자가 착색되면 투과율이 감소하고, 상기 전기변색소자가 탈색되면 투과율이 증가할 수 있다.
도 2는 실시 예에 따른 제어모듈을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 실시 예에 따른 제어모듈(100)은 제어부(110), 전원변환부(120), 출력부(130) 및 저장부(140)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 전원변환부(120), 출력부(130) 및 저장부(140)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 전기변색소자(200)의 상태를 변경시키는 제어신호를 생성하여 상기 출력부(130)로 출력하여 상기 출력부(130)에 의해 출력되는 전압을 제어할 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 외부전원(2) 또는 상기 전원변환부(120)로부터 출력되는 전압에 의해 동작할 수 있다.
상기 제어부(110)가 상기 외부전원(2)으로부터 출력되는 전압에 의해 동작하는 경우 상기 제어부(110)는 전원을 변환시킬 수 있는 구성을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 상기 외부전원(2)으로부터 교류전압을 입력받는 경우 상기 제어부(110)는 상기 교류전압을 직류전압으로 변환하여 동작에 이용할 수 있다. 또한, 상기 외부전원(2)으로부터 직류전압을 입력받는 경우 상기 제어부(110)는 상기 외부전원(2)으로부터의 직류전압을 강하시켜 동작에 이용할 수 있다.
상기 전원변환부(120)는 상기 외부전원(2)으로부터 전원을 공급받을 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 전류 및/또는 전압을 공급받을 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 직류전압 또는 교류전압을 공급받을 수 있다.
상기 전원변환부(120)는 상기 외부전원(2)으로부터 공급받은 전원에 기초하여 내부전원을 생성할 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 상기 외부전원(2)으로부터 공급받은 전원을 변환하여 내부전원을 생성할 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 상기 내부전원을 상기 제어모듈(100)의 각각의 구성에 공급할 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 상기 제어부(110), 출력부(130) 및 저장부(140)로 상기 내부전원을 공급할 수 있다. 상기 내부전원은 상기 제어모듈(100)의 각각의 구성이 동작하기 위한 동작 전원일 수 있다. 상기 내부전원에 의해 상기 제어부(110), 출력부(130) 및 저장부(140)가 동작할 수 있다. 상기 전원변환부(120)가 상기 제어부(110)로 내부전원을 공급하는 경우 상기 제어부(110)는 상기 외부전원(2)으로부터 전원을 공급받지 않을 수 있다. 이 경우 상기 제어부(110)에는 전원을 변환시킬 수 있는 구성이 생략될 수 있다.
상기 전원변환부(120)는 상기 외부전원(2)으로부터 공급받은 전원의 레벨을 변경할 수 있고, 직류전원으로 변경할 수도 있다. 또는 상기 전원변환부(120)는 외부전원(2)으로부터 공급받은 전원을 직류전원으로 변경한 후 레벨을 변경할 수 있다.
상기 전원변환부(120)가 외부전원(2)으로부터 교류전압을 공급받는 경우 상기 전원변환부(120)는 직류전압으로 변경한 후 변경된 직류전압의 레벨을 변경시킬 수 있다. 이 경우 상기 전원변환부(120)는 레귤레이터를 포함할 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 공급받은 전원을 직접적으로 조정하는 리니어 레귤레이터(linear regulator)를 포함할 수 있고, 공급받은 전원에 기초하여 펄스를 생성하고, 펄스의 양을 조절함으로써 조정된 전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터(switching regulator)를 포함할 수 있다.
상기 전원변환부(120)가 외부전원(2)으로부터 직류전압을 공급받는 경우 상기 전원변환부(120)는 공급된 직류전압의 레벨을 변경시킬 수 있다.
상기 전원변환부(120)로부터 출력되는 내부전원은 다수의 전압레벨을 포함할 수 있다. 상기 전원변환부(120)는 상기 제어모듈(100)의 각각의 구성이 동작하기 위해 필요한 다수의 전압레벨을 가지는 내부전원을 생성할 수 있다.
상기 출력부(130)는 구동전압을 생성할 수 있다. 상기 출력부(130)는 상기 내부전원에 기초하여 구동전압을 생성할 수 있다. 상기 출력부(130)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 구동전압을 생성할 수 있다. 상기 출력부(130)는 상기 구동전압을 상기 전기변색소자(200)에 인가할 수 있다. 상기 출력부(130)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 다른 레벨을 가지는 구동전압을 출력할 수 있다. 즉, 상기 출력부(130)는 상기 제어부(110)의 제어에 의해 구동전압의 레벨을 변경시킬 수 있다. 상기 출력부(130)로부터 출력되는 구동전압에 의해 상기 전기변색소자(200)가 변색될 수 있다. 상기 출력부(130)로부터 출력되는 구동전압에 의해 상기 전기변색소자(200)가 착색 또는 탈색될 수 있다.
상기 구동전압의 범위에 의해 상기 전기변색소자(200)의 착색과 탈색이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 구동전압이 특정레벨 이상인 경우 상기 전기변색소자(200)는 착색될 수 있고, 상기 구동전압이 특정레벨 미만인 경우 상기 전기변색소자(200)는 탈색될 수 있다. 또는 상기 구동전압이 특정레벨 이상인 경우 상기 전기변색소자(200)는 탈색될 수 있고, 상기 구동전압이 특정레벨 미만인 경우 상기 전기변색소자(200)는 착색될 수 있다. 상기 특정레벨이 0인 경우 상기 구동전압의 극성에 의해 상기 전기변색소자(200)가 착색 또는 탈색상태로 변경될 수 있다.
상기 구동전압의 크기에 의해 상기 전기변색소자(200)의 변색정도가 결정될수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 변색정도는 상기 구동전압의 크기에 대응될 수 있다. 상기 구동전압의 크기에 의해 상기 전기변색소자(200)의 착색 또는 탈색의 정도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 레벨의 구동전압이 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 경우 상기 전기변색소자(200)는 제1 정도로 착색될 수 있다. 상기 제1 레벨보다 큰 제2 레벨의 구동전압이 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 경우 상기 전기변색소자(200)는 제1 정도보다 큰 제2 정도로 착색될 수 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)에 큰 레벨의 전압이 공급되는 경우 상기 전기변색소자(200)의 착색정도는 더 클 수 있다. 상기 전기변색소자(200)가 미러인 경우 상기 전기변색소자(200)에 더 큰 전압이 공급되면, 상기 전기변색소자(200)의 반사율이 감소할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)가 윈도우인 경우 상기 전기변색소자(200)에 더 큰 전압이 공급되면 상기 전기변색소자(200)의 투과율이 감소할 수 있다.
상기 저장부(140)는 상기 구동전압과 관련된 데이터가 저장될 수 있다. 상기 저장부(140)는 상기 변색정도와 대응되는 구동전압이 저장될 수 있다. 상기 저장부(140)에는 상기 변색정도와 대응되는 구동전압이 룩업테이블 형태로 저장되어 있을 수 있다.
상기 제어부(110)는 외부로부터 변색정도를 입력받고, 이에 대응되는 구동전압을 상기 저장부(140)로부터 로드하여 이에 대응되는 구동전압을 상기 출력부(130)를 제어하여 생성할 수 있다.
도 3은 실시 예에 따른 전기변색소자를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색소자(200)는 제1 전극(210), 전기변색층(220), 전해질층(230), 이온저장층(240) 및 제2 전극(250)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 대향하며 위치할 수 있다. 상기 전기변색층(220), 전해질층(230) 및 이온저장층(240)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250) 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 입사되는 광을 투과시킬 수 있다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250) 중 어느 하나는 입사되는 광을 반사시키고, 나머지 하나는 입사되는 광을 투과시킬 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 윈도우인 경우 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 입사되는 광을 투과시킬 수 있다. 상기 전기변색소자(200)가 미러인 경우 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250) 중 어느 하나는 입사되는 광을 반사시킬 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 윈도우인 경우를 설명하면, 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 투명전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 투명도전물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 인듐(indium), 주석(tin), 아연(zinc), 및/또는 옥사이드(oxide) 중 적어도 하나가 도핑된(doped) 금속(metal)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 ITO(indium tin oxide), ZnO(zinc oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 형성될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 미러인 경우를 설명하면, 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250) 중 어느 하나는 투명전극이 되고, 나머지 하나는 반사전극이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(210)은 반사전극이 될 수 있고, 상기 제2 전극(250)은 투명전극이 될 수 있다. 이 경우 상기 제1 전극(210)은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(210)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 금(Au), 은(Ag) 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극(250)은 투명도전물질로 형성될 수 있다.
상기 전기변색층(220)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250) 사이에 위치할 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 상기 제1 전극(210)의 상부에 위치할 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 이온이동에 의해 상기 전기변색층(220)의 광학적 성질이 변경될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이동에 의해 상기 전기변색층(220)은 변색될 수 있다.
상기 전기변색층(220)에는 이온이 주입될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입되는 경우 상기 전기변색층(220)의 광학적 성질이 변경될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입되는 경우 상기 전기변색층(220)은 변색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입되는 경우 상기 전기변색층(220)은 착색 또는 탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입되는 경우 상기 전기변색층(220)의 광투과율 및/또는 광흡수율이 변경될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입됨으로써 상기 전기변색층(220)은 환원될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입됨으로써 상기 전기변색층(220)은 환원변색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입됨으로써 상기 전기변색층(220)은 환원착색될 수 있다. 또는 상기 전기변색층(220)에 이온이 주입되는 경우 상기 전기변색층(220)은 환원탈색될 수도 있다.
상기 전기변색층(220)에 주입된 이온은 이탈될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈되는 경우 상기 전기변색층(220)의 광학적 성질이 변경될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈되는 경우 상기 전기변색층(220)은 변색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈되는 경우 상기 전기변색층(220)은 착색 또는 탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈되는 경우 상기 전기변색층(220)의 광투과율 및/또는 광흡수율이 변경될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈됨으로써 상기 전기변색층(220)은 산화될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈됨으로써 상기 전기변색층(220)은 산화변색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈됨으로써 상기 전기변색층(220)은 산화착색될 수 있다. 또는 상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈되는 경우 상기 전기변색층(220)은 산화탈색될 수 있다.
상기 전기변색층(220)은 이온이동에 의해 변색되는 물질로 형성될 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 TiO, V2O5, Nb2O5, Cr2O3, MnO2, FeO2, CoO2, NiO2, RhO2, Ta2O5, IrO2 및 WO3 등의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 물리적 내부구조를 가질 수 있다.
상기 전해질층(230)은 상기 전기변색층(220) 상에 위치할 수 있다. 상기 전해질층(230)은 상기 전기변색층(220)과 상기 제2 전극(250) 사이에 위치할 수 있다.
상기 이온저장층(240)은 상기 전해질층(230) 상에 위치할 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 상기 전해질층(230)과 상기 제2 전극(250) 사이에 위치할 수 있다.
상기 이온저장층(240)은 이온을 저장할 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 이온이동에 의해 광학적 성질이 변경될 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 이온이동에 의해 변색될 수 있다.
상기 이온저장층(240)에는 이온이 주입될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입되는 경우 상기 이온저장층(240)의 광학적 성질이 변경될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입되는 경우 상기 이온저장층(240)은 변색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입되는 경우 상기 이온저장층(240)은 착색 또는 탈색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입되는 경우 상기 이온저장층(240)의 광투과율 및/또는 광흡수율이 변경될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입됨으로써 상기 이온저장층(240)은 환원될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입됨으로써 상기 이온저장층(240)은 환원변색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입됨으로써 상기 이온저장층(240)은 환원착색될 수 있다. 또는 상기 이온저장층(240)에 이온이 주입되는 경우 상기 이온저장층(240)은 환원탈색될 수도 있다.
상기 이온저장층(240)에 주입된 이온은 이탈될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈되는 경우 상기 이온저장층(240)의 광학적 성질이 변경될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈되는 경우 상기 이온저장층(240)은 변색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈되는 경우 상기 이온저장층(240)은 착색 또는 탈색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈되는 경우 상기 이온저장층(240)의 광투과율 및/또는 광흡수율이 변경될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈됨으로써 상기 이온저장층(240)은 산화될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈됨으로써 상기 이온저장층(240)은 산화변색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈됨으로써 상기 이온저장층(240)은 산화착색될 수 있다. 또는 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈되는 경우 상기 이온저장층(240)은 산화탈색될 수 있다.
상기 이온저장층(240) 은 이온이동에 의해 변색되는 물질로 형성될 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 전기변색층(220)은 IrO2, NiO2, MnO2, CoO2, iridium-magnesium oxide, nickel-magnesium oxide 및 titanium-vanadium oxide 등의 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 물리적 내부구조를 가질 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 물리적 내부구조는 상기 전기변색층(220)의 물리적 내부구조와 상이할 수 있다.
상기 전해질층(230)은 상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240) 사이의 이온의 이동통로일 수 있다. 상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240)은 상기 전해질층(230)을 통해 이온을 교환할 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 이온의 입장에서는 이동통로가 되는데 반해, 전자의 입장에서는 장벽으로 작용할 수 있다. 즉, 상기 전기변색층(220)을 통해 이온은 이동할 수 있으나 전자는 이동할 수 없다. 다시 말해, 상기 전기변색층(220)와 이온저장층(240)은 상기 전해질층(230)을 통해 이온을 교환할 수 있으나, 전자를 교환할 수는 없다.
상기 전해질층(230)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 전해질층(230)은 고체일 수 있다. 상기 전해질층(230)은 SiO2, Al2O3, Nb2O3, Ta2O5, LiTaO3, LiNbO3, SiO2, Al2O3, Nb2O3, Ta2O5, LiTaO3, LiNbO3, La2TiO7, La2TiO7, SrZrO3, ZrO2, Y2O3, Nb2O5, La2Ti2O7, LaTiO3, HfO2 La2TiO7, La2TiO7, SrZrO3, ZrO2, Y2O3, Nb2O5, La2Ti2O7, LaTiO3, 및 HfO2 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 이온이 이탈되면, 이탈된 이온이 상기 이온저장층(240)에 주입될 수 있고, 상기 이온저장층(240)의 이온이 이탈되면, 이탈된 이온이 상기 전기변색층(220)으로 주입될 수 있다. 상기 이온은 상기 전해질층(230)을 통해 이동될 수 있다.
상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240)에서 발생하는 화학반응은 서로 다른 반응일 수 있다. 상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240)은 서로 반대되는 화학반응이 일어날 수 있다. 상기 전기변색층(220)이 산화되는 경우 상기 이온저장층(240)은 환원될 수 있다. 상기 전기변색층(220)이 환원되는 경우 상기 이온저장층(240)은 산화될 수 있다.
이에 따라, 상기 이온저장층(240)은 상기 전기변색층(220)의 대향전극 역할을 할 수 있다.
상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240)은 이온의 이동에 의해 상태가 변경될 수 있다.
상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240)에는 서로 대응되는 상태변경이유발될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기변색층(220)이 착색되는 경우 상기 이온저장층(240)도 착색될 수 있고, 상기 전기변색층(220)이 탈색되는 경우 상기 이온저장층(240)도 탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)이 산화착색되는 경우 상기 이온저장층(240)은 환원착색될 수 있고, 상기 전기변색층(220)이 환원착색되는 경우 상기 이온저장층(240)은 산화착색될 수 있다.
상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240)에는 서로 다른 상태변경이 유발될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기변색층(220)이 착색되는 경우 상기 이온저장층(240)이 탈색될 수 있고, 상기 전기변색층(220)이 탈색되는 경우 상기 이온저장층(240)이 착색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)이 산화착색되는 경우 상기 이온저장층(240)은 환원탈색될 수 있고, 상기 전기변색층(220)이 산화탈색되는 경우 상기 이온저장층(240)은 환원착색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240)은 서로 다른 투과도를 가질 수 있다. 상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240)이 서로 다른 투과도를 가짐으로써, 상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240)의 서로 다른 상태 변경에 의해서도 투과도가 조절될 수 있다.
예를 들어, 상기 전기변색소자(200)의 투과도는 착색된 층의 투과도에 의해 결정될 수 있으므로, 상기 전기변색층(220)이 착색되었을 때 투과도가 상기 이온저장층(240)이 착색되었을 때 투과도보다 작은 경우 상기 전기변색층(220)을 착색시켰을 때, 상기 전기변색소자(200)의 투과도가 상기 이온저장층(240)을 착색시켰을 때의 전기변색소자(200)의 투과도보다 작을 수 있다. 따라서, 착색층을 변경시킴으로써 상기 전기변색소자(200)의 투과도를 제어할 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 전기변색장치의 착색시 상태변경을 나타내는 도면이다.
도 4a는 초기 상태의 전기변색장치를 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 실시 예의 초기 상태에서의 전기변색소자(200)는 제어모듈(100)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전기적으로 연결되어 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 공급할 수 있다.
상기 이온저장층(240)에는 다수의 이온(260)이 위치할 수 있다. 상기 다수의 이온(260)은 상기 이온저장층(240)의 형성과정에서 주입될 수 있다. 상기 이온(260)은 H+ 및 Li+ 중 적어도 하나일 수 있다.
도면에서는 상기 이온저장층(240)에 다수의 이온(260)이 위치하는 것을 도시하였으나, 초기 상태에서 상기 이온은 전기변색층(220) 및 전해질층(230) 중 적어도 하나에 위치할 수도 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)의 전기변색층(220) 및 전해질층(230)의 형성과정에서도 이온이 주입될 수도 있다.
상기 이온저장층(240)에 다수의 이온(260)이 위치하여 상기 이온저장층(240)은 환원탈색된 상태일 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 광을 투과시킬 수 있는 상태일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전압을 인가한다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210)에 저전압을 인가할 수 있고, 상기 제2 전극(250)에 고전압을 인가할 수 있다. 여기서 고전압과 저전압은 상대적 개념으로 상기 제2 전극(250)에 인가되는 전압이 상기 제1 전극(210)에 인가되는 전압보다 상대적으로 높은 레벨의 전압일 수 있다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 인가되는 전압에 의해 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250) 사이에는 전위차가 발생된다.
상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250)에 전압이 인가됨으로써, 상기 제1 전극(210)에 전자가 주입될 수 있다. 상기 전자는 상기 제어모듈(100)로부터 상기 제1 전극(210) 방향으로 이동할 수 있다. 상기 제어모듈(100)과 상기 제1 전극(210)은 제1 전극(210)의 일측의 컨택영역에서 연결되므로, 상기 제어모듈(100)을 통해 상기 컨택영역으로 이동된 전자는 상기 제1 전극(210)을 따라 상기 제1 전극(210)의 타측으로 이동할 수 있다. 상기 제1 전극(210)의 일측으로부터 타측으로의 전자이동에 의해 상기 제1 전극(210)의 전체영역에는 전자가 배치된다.
상기 전자는 상기 이온저장층(240)의 다수의 이온(260)과 서로 다른 극성을 가지므로, 상기 전자와 다수의 이온간의 인력에 의해 상기 전자와 상기 이온(260)은 서로 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다. 상기 전자와 이온간의 인력에 의해 상기 전자와 상기 이온(260)은 상기 전기변색층(220)으로 이동할 수 있다. 상기 전자는 상기 이온과의 인력에 의해 상기 제2 전극(250) 방향으로 이동하여 상기 전기변색층(220)으로 주입될 수 있다. 상기 이온(260)은 상기 전자와의 인력에 의해 상기 제1 전극(210) 방향으로 이동하여 상기 전기변색층(220)으로 주입될 수 있다. 이 때, 상기 전해질층(230)은 상기 이온(260)의 이동통로로 이용되고, 상기 전자의 이동을 막으므로, 상기 전자와 상기 이온(260)은 상기 전기변색층(220)에 머무를 수 있다.
상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 주입됨으로써 이온을 얻은 상기 전기변색층(220)은 환원착색되고, 이온을 잃은 상기 이온저장층(240)은 산화착색될 수 있다. 즉, 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 전기변색소자(200)는 변색될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 전기변색소자(200)는 착색될 수 있다.
상기 전자의 제1 전극(210)에서의 수평방향으로의 이동과 상기 제2 전극(250) 방향으로의 수직방향으로의 이동은 동시에 일어날 수 있다. 즉, 상기 전자는 상기 제1 전극(210)의 수평방향으로 이동하면서 상기 제2 전극(250) 방향으로 이동하여 상기 전기변색층(220)으로 주입될 수 있다. 이러한 전자의 수평방향과 수직방향의 복합적인 이동에 의해 상기 이온저장층(240)에 위치하던 이온(260) 또한 상기 전자가 주입되는 영역에서의 이동이 먼저 일어날 수 있다.
즉, 상기 제1 전극(210)과 상기 제어모듈(100)이 전기적으로 연결된 컨택영역과 인접한 영역의 이온이 상기 전기변색층(220)으로 먼저이동하고, 상기 제1 전극(210)과 상기 제어모듈(100)이 전기적으로 연결된 컨택영역과 이격된 영역의 이온은 나중에 이동할 수 있다. 이로써 상기 전기변색소자(200)는 컨택영역과 인접한 영역에서 먼저 변색되고, 상기 컨택영역과 이격된 영역에서 나중에 변색될 수 있다. 예를 들어, 상기 컨택영역이 상기 전기변색소자(200)의 외곽영역에 위치한다면, 상기 전기변색소자(200)는 외곽영역으로부터 중앙영역 순서로 변색될 수 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)의 외곽영역으로부터 중앙영역 순서로 순차적으로 착색될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)의 변색정도는 상기 제어모듈(100)에 의해 주입되는 전자의 개수에 비례할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 변색정도는 상기 전기변색층(220)과 이온저장층(240)의 변색정도에 비례할 수 있다. 상기 제어모듈(100)에 의해 주입되는 전자의 개수는 상기 제어모듈(100)에 의해 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)에 인가되는 전압의 크기에 의해 결정될 수 있다. 상기 제어모듈(100)에 의해 주입되는 전자의 개수는 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(220)의 전위차에 의해 결정될 수 있다. 즉, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압레벨을 조정함으로써 상기 전기변색소자(200)의 변색정도를 제어할 수 있다.
도 4c는 상기 전기변색소자(200)에 변색이 완료된 경우 이온의 위치를 나타내는 도면이다.
도 4c를 참조하면, 상기 제어모듈(100)에 의해 주입된 전자와 전자에 의해 이동한 이온(260)이 상기 전기변색층(220)에 주입이 완료되면, 상기 전기변색소자(200)는 상태가 유지된다.
즉, 상기 전기변색소자(200)의 변색상태는 유지되는데, 이를 메모리 효과라 할 수 있다.
상기 제어모듈(100)에 의해 상기 전기변색소자(200)에 전압이 인가되지 않는다고 하더라도, 상기 전기변색층(220)에 존재하는 이온은 상기 전기변색층(220)에 머물게 되며, 이로써 상기 전기변색소자(200)의 변색상태는 유지될 수 있다.
도 5는 실시 예에 따른 전기변색장치의 탈색시 상태변경을 나타내는 도면이다.
도 5a는 초기상태의 전기변색장치의 나타내는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 실시 예의 초기 상태에서의 전기변색소자(200)는 제어모듈(100)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 전기변색소자(200)는 착색상태이므로, 상기 전기변색층(220)에는 다수의 이온(260)이 위치할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)에 다수의 이온(260)이 위치하여 상기 전기변색층(220)은 산화착색된 상태이고, 상기 이온저장층(240)은 환원착색된 상태일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전압을 인가한다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210)에 고전압을 인가할 수 있고, 상기 제2 전극(250)에 저전압을 인가할 수 있다. 여기서 고전압과 저전압은 상대적 개념으로 상기 제1 전극(210)에 인가되는 전압이 상기 제2 전극(250)에 인가되는 전압보다 상대적으로 높은 레벨의 전압일 수 있다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 인가되는 전압에 의해 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이에는 전위차가 발생된다. 상기 탈색과정에서의 전위차는 도 4의 착색과정에서의 전위차와 반대방향일 수 있다. 즉, 착색과정에서 제1 전극(210)에 인가되는 전압은 제2 전극(250)에 인가되는 전압보다 낮은 레벨의 전압이고, 탈색과정에서 제1 전극(210)에 인가되는 전압은 제2 전극(250)에 인가되는 전압보다 높은 레벨의 전압일 수 있다.
상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250)에 전압이 인가됨으로써, 상기 제2 전극(250)에 전자가 주입될 수 있다. 상기 전자는 제어모듈(100)로부터 상기 제2 전극(250) 방향으로 이동할 수 있다. 상기 제어모듈(100)과 상기 제2 전극(250)은 상기 제2 전극(250)의 일측의 컨택영역에서 연결되므로, 상기 제어모듈(100)을 통해 상기 컨택영역으로 이동된 전자는 상기 제2 전극(250)를 따라 상기 제2 전극(250)의 타측으로 이동할 수 있다. 상기 제2 전극(250)의 일측으로부터 타측으로의 전자이동에 의해 상기 제2 전극(250)의 전체영역에는 전자가 배치된다.
상기 전자는 상기 전기변색층(220)의 다수의 이온(260)과 서로 다른 극성을 가지므로, 상기 전자와 다수의 이온간의 인력에 의해 상기 전자와 상기 이온(260)은 서로 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다. 상기 전자와 이온(260)간의 인력에 의해 상기 전자와 상기 이온(260)은 상기 이온저장층(240)으로 이동할 수 있다. 상기 전자는 상기 이온(260)과의 인력에 의해 상기 제1 전극(210) 방향으로 이동하여 상기 이온저장층(240)으로 주입될 수 있다. 상기 이온(260)은 상기 전자와의 인력에 의해 상기 제2 전극(250) 방향으로 이동하여 상기 이온저장층(240)으로 주입될 수 있다. 이 때, 상기 전해질층(230)은 상기 이온(260)의 이동통로로 이용되고, 상기 전자의 이동을 막으므로, 상기 전자와 상기 이온(260)은 상기 이온저장층(240)에 머무를 수 있다.
상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 주입됨으로써 이온을 얻은 상기 이온저장층(240)은 산화탈색되고, 이온을 잃은 상기 전기변색층(220)은 환원탈색될 수 있다. 즉, 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 전기변색소자(200)는 변색될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 전기변색소자(200)는 탈색될 수 있다.
상기 전자의 제2 전극(250)에서의 수평방향으로의 이동과 상기 제1 전극(210) 방향으로의 수직방향으로의 이동은 동시에 일어날 수 있다. 즉, 상기 전자는 상기 제2 전극(250)의 수평방향으로 이동하면서 상기 제1 전극(210) 방향으로 이동하여 상기 이온저장층(240)으로 주입될 수 있다. 이러한 전자의 수평방향과 수직방향으로의 복합적인 이동에 의해 상기 전기변색층(220)에 위치하던 이온(260) 또한 상기 전자가 주입되는 영역에서의 이동이 먼저 일어날 수 있다.
즉, 상기 제2 전극(25)과 상기 제어모듈(100)이 전기적으로 연결된 컨택영역과 인접한 영역의 이온이 상기 이온저장층(240)으로 먼저이동하고, 상기 제2 전극(250)과 상기 제어모듈(100)이 전기적으로 연결된 컨택영역과 이격된 영역의 이온은 나중에 이동할 수 있다. 이로써 상기 전기변색소자(200)는 컨택영역과 인접한 영역에서 먼저 변색되고, 상기 컨택영역과 이격된 영역에서 나중에 변색될 수 있다. 예를 들어, 상기 컨택영역이 상기 전기변색소자(200)의 외곽영역에 위치한다면, 상기 전기변색소자(200)는 외곽영역으로부터 중앙영역 순서로 변색될 수 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)의 외곽영역으로부터 중앙영역 순서로 순차적으로 탈색될 수 있다.
도 5c는 상기 전기변색소자(200)에 변색이 완료된 경우 이온의 위치를 나타내는 도면이다.
도 5c를 참조하면, 상기 제어모듈(100)에 의해 주입된 전자와 전자에 의해 이동한 이온(260)이 상기 이온저장층(240)에 주입이 완료되면, 상기 전기변색소자(200)는 상태가 유지된다.
즉, 상기 전기변색소자(200)는 탈색상태를 유지할 수 있다.
2. 전기변색소자의 전압인가
도 6은 실시 예에 따른 전기변색장치에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색장치에서 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전원을 인가할 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전압을 인가할 수 있다. 여기서 인가되는 전압은 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(220) 사이에 인가되는 전위차일 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 인가단계와 유지단계에 전압을 인가할 수 있다.
상기 인가단계는 상기 제어모듈(100)에 의해 상기 전기변색소자(200)가 변색되는 단계일 수 있다. 상기 인가단계는 상기 제어모듈(100)에 의해 상기 전기변색소자(200)가 목적하는 변색레벨로 변색되는 단계일 수 있다. 상기 인가단계는 최초변색단계와 변색레벨 변경단계를 포함할 수 있다.
상기 최초변색단계는 상기 전기변색소자(200)에 전압이 인가되지 않은 상태에서 상기 전기변색소자(200)를 변색시키는 전압을 인가시키는 단계로 정의될 수 있다. 상기 변색레벨 변경단계는 상기 전기변색소자(200)가 특정 변색레벨로 변색된 상태에서 다른 변색레벨로 변색시키는 단계로 정의될 수 있다.
상기 유지단계는 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지시키기 위해 유지전압을 인가하는 단계를 의미한다. 상기 제어모듈(100)은 상기 유지단계에서 펄스형태의 유지전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 유지단계에서 펄스형태의 유지전압을 주기적으로 인가하여 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지시킬 수 있다.
즉, 상기 제어모듈(100)은 상기 유지단계에서 지속적으로 전압을 인가하는 것이 아니라 특정 기간동안 하이레벨의 전압을 인가하고, 나머지 기간동안에는 로우레벨의 전압을 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 주기적으로 하이레벨의 전압을 인가하고, 나머지 기간 동안에는 로우레벨의 전압을 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)이 상기 유지단계에서 펄스형태의 유지전압을 인가함으로써 지속적으로 전압을 인가하는 방법에 비해 상태유지에 소모되는 소비전력을 저감할 수 있는 효과가 있다.
상기 전기변색소자(200)에서 인가단계를 제외한 기간들은 유지단계라고 할 수 있고, 상기 제어모듈(100)은 유지단계동안 펄스형태의 유지전압을 일정한 주기로 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 유지단계에서 유지전압을 인가함으로써 시간의 흐름에 따라 목적 레벨이 아닌 다른 레벨로 자연 변색된 전기변색소자(200)를 다시 목적 레벨로 유지시킬 수 있다.
상기 전기변색소자(200)의 자연 변색은 인가단계가 종료된 이후의 시간에 비례하므로, 상기 인가단계의 종료시점에 따라 상기 유지단계에서 인가되는 펄스형태의 유지전압의 주기가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기변색소자(200)의 인가단계가 종료된 이후의 시간이 긴 경우에는 상기 제어모듈(100)은 상기 유지전압이 하이레벨로 인가되는 시간을 상대적으로 길게하고, 상기 전기변색소자(200)의 인가단계가 종료된 이후의 시간이 상대적으로 짧은 경우에는 상기 제어모듈(100)은 상기 유지전압이 하이레벨로 인가되는 시간을 상대적으로 짧게할 수 있다.
또한, 상기 전기변색소자(200)의 자연 변색은 상기 인가단계에서 변색된 전기변색소자의 변색레벨에 비례할 수 있다.
즉, 상기 인가단계에서 변색정도가 큰 상기 전기변색소자(200)는 자연변색정도가 상대적으로 클 수 있다. 다시 말해, 상기 인가단계에서 변색정도가 큰 상기 전기변색소자(200)의 경우에는 상기 인가단계의 목적레벨과 자연변색 후 변색레벨의 차이가 상대적으로 클 수 있다. 이 경우 상기 제어모듈(100)은 상기 인가단계에서 변색정도가 큰 상기 전기변색소자(200)에는 상기 유지전압이 하이레벨로 인가되는 시간을 상대적으로 길게 유지할 수 있다.
또한, 상기 인가단계에서 변색정도가 작은 상기 전기변색소자(200)는 자연변색정도가 상대적으로 작을 수 있다. 다시 말해, 상기 인가단계에서 변색정도가 작은 상기 전기변색소자(200)의 경우에는 상기 인가단계의 목적레벨과 자연변색 후 변색레벨의 차이가 상대적으로 작을 수 있다. 이 경우 상기 제어모듈(100)은 상기 인가단계에서 변색정도가 작은 상기 전기변색소자(200)에는 상기 유지전압이 하이레벨로 인가되는 시간을 상대적으로 짧게 유지할 수 있다.
상기 인가단계에서 상기 제어모듈(100)은 상승기간 이후 일정레벨의 전압을 유지할 수 있다. 상기 인가단계에서 상승시간은 상기 유지단계에서의 상승시간과 다를 수 있다. 상기 인가단계에서 상승기간은 상기 유지단계에서의 상승기간보다 길 수 있다.θ1)가 되도록 인가한 후 일정레벨의 전압을 유지시킬 수 있다. 상기 유지단계에서 상기 제어모듈(100)은 상승시간에서 인가전압의 기울기가 제2 각도(θ2)가 되도록 인가한 후 일정레벨의 전압을 유지시킬 수 있다. 상기 제1 각도(θ1)는 상기 제2 각도(θ2)와 다를 수 있다. 상기 제1 각도(θ1)는 상기 제2 각도(θ2)보다 작을 수 있다. 상기 제2 각도(θ2)는 직각일 수 있다.
상기 인가단계에서 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압을 상대적으로 서서히 증가시켜 상기 전기변색소자(200) 내부가 전기적으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 인가단계에서 상기 제어모듈(100)은 상기 상승기간을 상대적으로 길게 인가하여 상기 전기변색소자(200) 내부가 전기적으로 손상되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해, 상기 인가단계에서 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 각도(θ1)가 예각이 되도록 인가전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)의 내부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 각도(θ1)는 인가되는 일정레벨의 전압에 기초하여 변경될 수 있다. 상기 전기변색소자(200) 내부의 손상은 인가되는 일정레벨의 전압의 크기에 기인하므로, 상기 일정레벨의 전압의 크기가 큰 경우 상기 제1 각도(θ1)는 커질 수 있고, 상기 일정레벨의 전압의 크기가 작은 경우 상기 제1 각도(θ1)는 작아질 수 있다.
상기 유지단계에서는 상기 전기변색소자(200)는 변색에 의해 내부전압이 존재하는 상태이므로, 전압이 급격히 상승하더라도 전기적으로 손상되지 않을 수 있다. 따라서, 유지단계에서 상기 제어모듈은 상승시간을 상대적으로 짧게 인가하여 목적레벨로 회복되는 속도를 빠르게 할 수 있다.
다만, 자연변색에 의해 상기 전기변색소자(200)이 변색되지 않은 초기상태로 돌아간 경우에는 상기 유지단계에서도 제2 각도(θ2)가 예각인 전압이 인가될 수도 있다.
3. 전기변색장치의 착색과정
도 7은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 전압이 인가되기 전의 내부 전위를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 전기변색소자(200)는 제어모듈(100)과 연결될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 제1 전극(210), 전기변색층(220), 전해질층(230), 이온저장층(240) 및 제2 전극(250)을 포함할 수 있다.
상기 전압이 인가되기 전의 전기변색소자(200)는 탈색상태일 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 이온저장층(240)에는 다수의 이온(260)이 위치할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)의 각각의 층은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 내부전위는 접지를 기준으로하는 전위일 수 있다. 상기 제2 전극(250)의 내부전위는 제1 내부전위(Va)로 정의되고, 상기 이온저장층(240)의 내부전위는 제2 내부전위(Vb)로 정의되고, 상기 전기변색층(220)의 내부전위는 제3 내부전위(Vc)로 정의되고, 상기 제1 전극(210)의 내부전위는 제4 내부전위(Vd)로 정의될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)에 전압이 인가되지 않았을 때, 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에는 전압이 인가되지 않으므로, 상기 제1 내부전위(Va)와 제4 내부전위(Vd)는 0일 수 있다.
상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 제2 내부전위(Vb)와 상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)는 서로 다른 값일 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb) 및 제3 내부전위(Vc)는 빌트인 퍼텐셜(Built-in potential)일 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb) 및 제3 내부전위(Vc)는 각각의 층의 물질 특성, 인접하는 층의 물질과의 관계 및 포함하는 이온 중 적어도 하나에 의해 달라질 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 이온저장층(240)을 구성하는 물질의 에너지 준위에 의해 결정될 수 있다.
또는 상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 이온저장층(240)과 상기 전해질층(230)의 에너지 준위의 차이에 의해 결정될 수 있다. 또는 상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 이온저장층(240)과 상기 제2 전극(250)의 에너지 준위의 차이에 의해 결정될 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)가 인접하는 층과의 에너지 준위의 차이에 의해 결정된다고 하더라도, 도시된 바와 같이 상기 이온저장층(240)의 내부전위로 표시될 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 이온저장층(240)에 포함된 이온(260)에 의해 결정될 수 있다. 상기 제2 내부전원(Vb)은 상기 이온저장층(240)에 포함된 이온(260)의 개수에 의해 결정될 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)는 상기한 이온저장층(240) 자체의 에너지 준위, 인접하는 층과의 에너지 준위차이 및 포함된 이온(260) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 또는 상기 제2 내부전위(Vb)는 상기한 이온저장층(240) 자체의 에너지 준위, 인접하는 층과의 에너지 준위차이 및 포함된 이온(260)에 의해 복합적으로 결정될 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색층(220)을 구성하는 물질의 에너지 준위에 의해 결정될 수 있다.
또는 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색층(220)과 상기 제1 전극(210)의 에너지 준위의 차이에 의해 결정될 수 있다. 또는 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색층(240)과 상기 전해질층(230)의 에너지 준위의 차이에 의해 결정될 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)가 인접하는 층과의 에너지 준위의 차이에 의해 결정된다고 하더라도, 도시된 바와 같이 상기 전기변색층(220)의 내부전위로 표시될 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색층(220)에 포함된 이온에 의해 결정될 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색층(220)에 포함된 이온의 개수에 의해 결정될 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)는 상기한 전기변색층(220) 자체의 에너지 준위, 인접하는 층과의 에너지 준위차이 및 포함된 이온(260) 중 적어도 하나에 의해 결정될 수 있다. 또는 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기한 전기변색층(220) 자체의 에너지 준위, 인접하는 층과의 에너지 준위차이 및 포함된 이온(260)에 의해 복합적으로 결정될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 착색 초기단계의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색소자(200)는 상기 제어모듈(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전압을 공급할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 공급할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210)에 저전압을 인가하고, 상기 제2 전극(250)에 고전압을 인가할 수 있다.
상기 제2 전극(250)에 고전압이 인가됨에 따라 상기 제2 전극(250)의 내부전위가 인가되는 고전압에 대응되어 상승할 수 있다. 상기 제2 전극(250)의 제1 내부전위(Va)는 상기 제어모듈(100)을 통해 공급되는 전압에 대응되도록 상승할 수 있다.
상기 제2 전극(250)과 상기 이온저장층(240)은 전기적으로 연결되므로, 상기 제2 전극(250)의 내부전위의 상승에 따라 상기 이온저장층(240)의 내부전위도 상승한다. 상기 제1 내부전위(Va)의 상승으로, 이에 대응되어 상기 제2 내부전위(Vb)도 상승한다. 상기 제1 내부전위(Va)와 상기 제2 내부전위(Vb)는 동일한 레벨일 수 있다. 또는 상기 제1 내부전위(Va)와 상기 제2 내부전위(Vb)는 다른 레벨을 가질 수 있다. 상기 제1 내부전위(Va)는 상기 제2 내부전위(Vb)에 비해 높을 값을 가질 수 있다.
상기 이온저장층(240)의 내부전위가 상승함에 따라 상기 이온저장층(240)과 전기변색층(220)의 전위차가 생성될 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)의 상승에 따라 상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc) 사이에 전위차가 생성될 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 전위차에 의해 상기 이온저장층(240)에 존재하던 이온(260)이 이동할 수 있다. 상기 이온(260)은 상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc) 사이의 전위차에 의해 상기 전해질층(230)을 통해 상기 전기변색층(220)으로 이동할 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 전위차가 일정범위 이상이 되면 상기 이온(260)은 상기 전해질층(230)을 통해 상기 전기변색층(220)으로 이동될 수 있다. 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 전기변색층(220) 및 상기 이온저장층(240)은 변색될 수 있다. 상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)에서 상기 전기변색층(220)으로 이동함으로써 상기 이온저장층(240)은 이온(260)을 잃어 산화변색될 수 있고, 상기 전기변색층(220)은 이온(260)을 얻어 환원변색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)은 이온(260)을 잃어 산화착색될 수 있고, 상기 전기변색층(220)은 이온(260)을 얻어 환원착색될 수 있다. 상기 이온저장층(240) 및 상기 전기변색층(220)이 착색됨으로써 상기 전기변색소자(200)는 착색될 수 있다. 상기 이온저장층(240) 및 상기 전기변색층(220)이 착색됨으로써 상기 전기변색소자(200)의 투과율은 낮아질 수 있다.
상기 이온저장층(240)의 이온(260)은 상기 이온저장층(240)을 구성하는 물질과결합된 상태로 존재할 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온(260)은 상기 이온저장층(240)을 구성하는 물질의 입자사이에 물리적으로 삽입된 형태로 존재할 수 있다. 또는, 상기 이온저장층(240)의 이온은 상기 이온저장층(240)을 구성하는 물질과 화학적으로 결합된 상태로 존재할 수도 있다.
상기 이온저장층(240)에 존재하던 이온(260)을 상기 이온저장층(240)을 구성하는 물질과의 결합을 해제하기 위해 일정범위 이상의 전위차가 필요하다. 상기 이온(260)과 상기 이온저장층(240)을 구성하는 물질과의 결합을 해제하기 위해 요구되는 최소의 전압은 제1 문턱전압(Vth1)으로 정의될 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 전위차가 상기 제1 문턱전압(Vth1) 이상이 되는 경우 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동될 수 있다.
상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동됨으로써 상기 전기변색층(220)의 내부전위가 상승할 수 있다. 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동함으로써 상기 제3 전위(Vc)가 상승할 수 있다.
도 9는 실시 예에 따른 전기변색장치에서 착색 완료단계의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색소자(200)는 상기 제어모듈(100)과 연결되어 전압을 제공받을 수 있다.
도 8에서 상기 제2 전극(250)에 인가되었던 고전압에 의해 상기 제2 내부전위(Vb)가 상승하고, 상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 전위차에 의해 상기 이온저장층(240)에 존재하던 이온(260)이 이동한다.
도 9는 상기 이온(260)의 이동이 완료된 상태를 나타낸다. 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동됨으로써 상기 전기변색층(220)의 내부전위가 상승할 수 있다. 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동함으로써 상기 제3 내부전위(Vc)가 상승할 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 내부전위는 일정레벨까지 상승할 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 일정레벨까지 상승할 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 제2 내부전위(Vb)와 일정레벨 차이가 날 때까지 상승할 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 제2 내부전위(Vb)와 제1 문턱전압(Vth1)만큼 차이가 날때까지 상승할 수 있다. 즉, 착색완료단계에서 상기 제3 내부전위(Vc)와 제2 내부전위(Vb)의 차이는 제1 문턱전압(Vth1)의 크기와 동일할 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)와 제3 내부전위(Vc)의 전위차에 따라 상기 이온(260)이 이동되며, 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 제3 내부전위(Vc)가 상승하는데, 상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 차이가 상기 제1 문턱전압(Vth1)의 크기보다 작으면, 상기 이온(260)이 이동할 수 없다. 따라서, 제3 내부전위(Vc)는 상기 제2 내부전위(Vb)에서 상기 제1 문턱전압(Vth1)을 뺀 값만큼 까지만 상승할 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 제2 내부전위(Vb)에 변경이 없는한 유지될 수 있다.
도 10은 실시 예에 따른 전기변색장치에 인가되는 전압과 상기 전기변색장치의 투과율간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10의 전압은 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250)에 인가되는 전압에 의한 전위차를 의미할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 도 7과 같이 초기상태가 탈색상태이다. 상기 전기변색소자(200)의 상기 이온저장층(240)은 다수의 이온(260)을 포함한다.
상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압이 상승하더라도, 일정레벨까지는 투과율이 변화하지 않는다. 상기 이온저장층(240)에 존재하는 다수의 이온(260)은 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250) 사이에 인가된 전위차가 일정레벨에 도달하기 전까지는 상기 전기변색층(220)으로 이동하지 않는다. 상기 이온저장층(240)에 존재하는 다수의 이온(260)은 상기 제1 문턱전압(Vth1) 이상에서 이동하므로, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제1 문턱전압(Vth1) 미만인 경우에는 이동하지 않고, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 상기 제1 문턱전압(Vth1) 이상인 경우에만 이동한다.
따라서, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제1 문턱전압(Vth1) 미만인 경우에는 이온(260)의 이동이 없어 상기 전기변색소자(200)는 변색되지 않는다. 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제1 문턱전압(Vth1) 이상인 경우에는 이온(260)이 이동되어 상기 전기변색소자(200)는 변색된다. 따라서, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제1 문턱전압(Vth1) 미만인 경우에는 투과율의 변화가 없고, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제1 문턱전압(Vth1) 이상인 경우에는 투과율이 변경된다.
상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제1 문턱전압(Vth1) 이상인 경우 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)이 착색되어 상기 전기변색소자(200)의 투과율이 점진적으로 낮아진다. 상기 전기변색소자(200)의 투과율은 특정투과율까지 낮아질 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 상기 제1 문턱전압(Vth1) 이상의 전압을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)의 투과율을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 제1 전압(V1)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제1 투과율(T1)을 가질 수 있도록 변색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 제2 전압(V2)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제2 투과율(T2)을 가지도록 변색시킬 수 있다. 이 경우 상기 제1 전압(V1)은 상기 제2 전압(V2)보다 작을 수 있고, 상기 제1 투과율(T1)은 상기 제2 투과율(T2)보다 클 수 있다.
또한, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 상기 제1 문턱전압(Vth1) 이상의 전압을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)의 현재상태와 관계없이 투과율을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 최대투과율(Ta)을 가지는 상태에서 상기 제2 전압(V2)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제2 투과율(T2)을 가지도록 변색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 제1 투과율(T1)을 가지는 상태에서 상기 제2 전압(V2)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제2 투과율(T2)을 가지도록 변색시킬 수 있다.
상기 제어모듈(100)이 현재상태에 관계없이 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압의 크기를 제어함으로써 상기 전기변색소자(200)를 원하는 투과율로 변색시킬 수 있어, 현재상태를 측정하는 구성을 생략할 수 있는 효과가 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에 저장되어 있던 변색정도와 대응되는 구동전압에 기초하여 상기 전기변색소자(200)가 원하는 투과율로 변색되도록 제어할 수 있다.
도 11은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 변색완료 후 전압인가가 해제되었을 때의 전위를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색소자(200)는 상기 제어모듈(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 변색이 완료된 후 상기 전기변색소자(200)에 전압인가를 해제할 수 있다. 상기 제어모듈(100)과 상기 제1 전극(210)은 전기적으로 절연될 수 있고, 상기 제어모듈(100)과 상기 제2 전극(250)은 전기적으로 절연될 수 있다. 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250)은 플로팅될 수 있다.
상기 제2 전극(250)에 인가되었던 전압이 제거되어 상기 제2 전극(250)의 내부전위는 하강할 수 있다. 상기 제1 내부전위(Va)는 하강할 수 있다.
상기 제2 전극(250)의 내부전위가 하강하여 상기 제2 전극(250)과 연결된 상기 이온저장층(240)의 내부전위 또한 하강할 수 있다. 상기 제1 내부전위(Va)가 하강하여 상기 제2 내부전위(Vb)가 하강할 수 있다.
상기 이온저장층(240)의 내부전위가 하강하여 상기 전기변색층(220)의 내부전위와 전위차가 발생하더라도 상기 이온(260)은 상기 전기변색층(220)에 머무를 수 있다.
상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)에 존재함으로써 상기 제어모듈(100)로부터 인가되었던 전압이 해제되어도 상기 전기변색소자(200)의 변색상태가 유지될 수 있다. 이를 메모리 효과(memory effect)라고 정의할 수 있다.
상기 메모리 효과에 의해 상기 전기변색소자(200)에 전압을 인가하지 않더라도 변색상태를 유지할 수 있어 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지하는데 필요한 전력소비가 줄어들어 소비전력이 줄어들 수 있는 효과가 있다.
상기 전기변색소자(200)가 메모리 효과를 가진다고 하더라도, 시간이 지남에 따라 자연적으로 이온(260)이 이동하여 변색정도가 변경될 수 있다. 이를 누설효과(leakage effect)라고 정의할 수 있다. 상기 누설효과는 시간에 비례할 수 있다. 상기 누설효과에 의해 상기 전기변색소자(200)는 자연변색될 수 있다.
4. 전기변색장치의 탈색과정
도 11은 실시 예에 따른 변색완료 후 전압인가가 해제되었을 때의 전기변색장치를 나타내는 도면임과 동시에 상기 전기변색장치가 착색된 상태에서 전압이 인가되기 전의 내부전위를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 상기 전기변색소자(200)는 제어모듈(100)와 연결될 수 있다.
초기상태에서 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전압을 인가하지 않는다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 인가하지 않는다.
상기 초기상태에서 상기 전기변색층(260)에는 다수의 이온(260)이 위치할 수 있다. 상기 전기변색층(260)에 다수의 이온(260)이 존재함으로써 상기 전기변색소자(100)는 착색상태일 수 있다.
상기 전기변색층(220) 및 상기 이온저장층(240)은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 내부전위와 상기 이온저장층(240)의 내부전위는 서로 다를 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 내부전위는 상기 이온저장층(240)의 내부전위보다 클 수 있다.
상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 제3 내부전위(Vc)와 다를 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 제3 내부전위(Vc)보다 낮을 수 있다.
도 12는 실시 예에 따른 전기변색장치에서 탈색 초기단계의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색소자(200)는 상기 제어모듈(100)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 전압을 공급할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 공급할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210)에 고전압을 인가하고, 상기 제2 전극(250)에 저전압을 인가할 수 있다.
상기 제1 전극(210)에 고전압이 인가됨에 따라 상기 제1 전극(210)의 내부전위가 상기 제어모듈(100)을 통해 인가되는 고전압에 대응되어 상승할 수 있다. 상기 제1 전극(210)의 제4 내부전위(Vd)는 상기 제어모듈(100)을 통해 공급되는 전압에 대응되도록 상승할 수 있다.
상기 제1 전극(210)과 상기 전기변색층(220)은 전기적으로 연결되므로, 상기 제1 전극(210)의 제4 내부전위(Vd)의 상승에 따라 상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)도 상승한다.
상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제4 내부전위(Vd)는 동일한 레벨일 수 있다. 또는 상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제4 내부전위(Vd)는 서로 다른 레벨일 수 있다. 상기 제4 내부전위(Vd)는 상기 제3 내부전위(Vc)에 비해 높은 값을 가질 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)가 상승함에 따라 상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240) 사이에 전위차가 생성될 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)의 상승에 따라 상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb) 사이에 전위차가 생성될 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 전위차에 의해 상기 전기변색층(220)에 존재하던 이온(260)이 이동할 수 있다. 상기 이온(260)은 상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb) 사이의 전위차에 의해 상기 전해질층(230)을 통해 상기 이온저장층(240)으로 이동할 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 전위차가 일정범위 이상이 되면 상기 이온(260)은 상기 전해질층(230)을 통해 상기 이온저장층(240)으로 이동될 수 있다. 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)은 변색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 상기 이온(260)을 잃어 산화변색될 수 있고, 상기 이온저장층(240)은 상기 이온(260)을 얻어 환원변색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 산화탈색될 수 있고, 상기 이온저장층(240)은 환원탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220) 및 상기 이온저장층(240)이 탈색됨으로써 상기 전기변색소자(200)는 탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220) 및 상기 이온저장층(240)이 탈색됨으로써 상기 전기변색소자(200)의 투과율은 높아질 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 이온(260)은 상기 전기변색층(220)을 구성하는 물질과 결합된 상태로 존재할 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온(260)은 상기 전기변색층(220)을 구성하는 물질의 입자사이에 물리적으로 삽입된 형태로 존재할 수 있다. 또는 상기 전기변색층(220)의 이온(260)은 상기 전기변색층(220)을 구성하는 물질과 화학적으로 결합된 상태로 존재할 수 있다.
상기 전기변색층(220)에 존재하던 이온(260)을 상기 전기변색층(220)을 구성하는 물질과의 결합을 해제하기 위해 일정범위 이상의 전위차가 필요하다. 상기 이온(260)과 상기 전기변색층(220)을 구성하는 물질과의 결합을 해제하기 위해 요구되는 최소의 전압은 제2 문턱전압(Vth2)으로 정의될 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 전위차가 상기 제2 문턱전압(Vth2) 이상이 되는 경우 상기 이온(260)은 상기 이온저장층(240)으로 이동될 수 있다.
상기 전기변색층(220)과 상기 이온(260)의 물리적 및/또는 화학적 결합의 세기와 상기 이온저장층(240)과 상기 이온(260)의 물리적 및/또는 화학적 결합의 세기는 서로 상이할 수 있다. 상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240)은 내부물질의 물리적 구조가 상이하므로, 상기 이온(260)과의 물리적 결합의 세기가 상이할 수 있다. 또한, 상기 전기변색층(220)과 상기 이온저장층(240)은 내부물질의 화학구조가 상이하므로, 상기 이온(260)꽈의 물리적 결합의 세기가 상이할 수 있다.
따라서, 상기 전기변색층(220)의 제2 문턱전압(Vth2)은 상기 이온저장층(240의 제1 문턱전압(Vth1)은 서로 상이할 수 있다.
상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 이동됨으로써 상기 이온저장층(240)의 내부전위가 상승할 수 있다. 상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 이동함으로써 상기 제2 내부전위(Vb)가 상승할 수 있다.
도 13은 실시 예에 따른 전기변색장치에서 탈색 완료상태의 전위변화를 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색소자(200)는 상기 제어모듈(100)과 연결되어 전압을 제공받을 수 있다.
도 12에서 상기 제1 전극(210)에 인가되었던 고전압에 의해 상기 제3 내부전위(Vc)가 상승하고, 상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 전위차에 의해 상기 전기변색층(220)에 존재하던 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 이동한다.
도 13은 상기 이온(260)의 이동이 완료된 상태를 나타낸다. 상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 이동함으로써 상기 제2 내부전위(Vb)가 상승할 수 있다.
상기 이온저장층(240)의 내부전위는 일정레벨까지 상승할 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)는 일정레벨까지 상승할 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 제3 내부전위(Vc)와 제2 문턱전압(Vth2)만큼 차이가 날때까지 상승할 수 있다. 즉, 탈색완료단계에서 상기 제 3 내부전위(Vc)와 제2 내부전위(Vb)의 차이는 제2 문턱전압(Vth2)의 크기와 동일할 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 전위차에 따라 상기 이온(260)이 이동되며, 상기 이온(260)의 이동에 의해 상기 제2 내부전위(Vb)가 상승하는데, 상기 3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 차이가 상기 제2 문턱전압(Vth2)의 크기보다 작으면, 상기 이온(260)이 이동할 수 없다. 따라서, 제2 내부전위(Vb)는 상기 제3 내부전위(Vc)에서 상기 제2 문턱전압(Vth2)을 뺀 값만큼 까지만 상승할 수 있다. 상기 제2 내부전위(Vb)는 상기 제3 내부전위(Vc)에 변경이 없는 한 유지될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)는 변색완료후 상기 제어모듈(100)로부터의 전압인가가 해제되는 경우 도 7과 같은 상태로 돌아갈 수 있다.
도 14는 실시 예에 따른 전기변색장치에 인가되는 전압과 상기 전기변색장치의 투과율 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14의 전압은 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250)에 인가되는 전압에 의한 전위차를 의미할 수 있다. 상기 전압은 제2 전극(250)을 기준으로 상기 제1 전극(210)에 인가되는 전압에 의한 전위차일 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 도 11과 같이 초기상태가 착색상태이다. 상기 전기변색소자(200)의 전기변색층(220)은 다수의 이온(260)을 포함한다.
상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압이 상승하더라도, 일정레벨까지는 투과율이 변화하지 않는다. 상기 전기변색층(220)에 존재하는 다수의 이온(260)은 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250) 사이에 인가된 전위차가 일정레벨에 도달하기 전까지는 상기 이온저장층(240)으로 이동하지 않는다. 상기 전기변색층(220)에 존재하는 다수의 이온(260)은 상기 제2 문턱전압(Vth2) 이상에서 이동하므로, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제2 문턱전압(Vth2) 미만인 경우에는 이동하지 않고, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 상기 제2 문턱전압(Vth2) 이상인 경우에만 이동한다.
따라서, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제2 문턱전압(Vth2) 미만인 경우에는 이온(260)의 이동이 없어 상기 전기변색소자(200)는 변색되지 않는다. 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제2 문턱전압(Vth2) 이상인 경우에는 이온(260)이 이동되어 상기 전기변색소자(200)는 변색된다. 따라서, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제2 문턱전압(Vth2) 미만인 경우에는 투과율의 변화가 없고, 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제2 문턱전압(Vth2) 이상인 경우에는 투과율이 변경된다.
상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250) 사이의 전위차가 제2 문턱전압(Vth2) 이상인 경우 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)이 탈색되어 상기 전기변색소자(200)의 투과율이 점진적으로 높아진다. 상기 전기변색소자(200)의 투과율은 특정투과율까지 높아질 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 상기 제2 문턱전압(Vth2) 이상의 전압을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)의 투과율을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 제3 전압(V3)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제3 투과율(T3)을 가질 수 있도록 변색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 제4 전압(V4)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제4 투과율(T4)을 가지도록 변색시킬 수 있다. 이 경우 상기 제3 전압(V3)은 상기 제4 전압(V4)보다 작을 수 있고, 상기 제3 투과율(T3)은 상기 제4 투과율(T4)보다 작을 수 있다.
또한, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 상기 제2 문턱전압(Vth2) 이상의 전압을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)의 현재상태와 관계없이 투과율을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 최소투과율(Tb)을 가지는 상태에서 상기 제4 전압(V4)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제4 투과율(T4)을 가지도록 변색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 제3 투과율(T3)을 가지는 상태에서 상기 제4 전압(V4)을 인가함으로써 상기 전기변색소자(200)가 제4 투과율(T4)을 가지도록 변색시킬 수 있다.
상기 제어모듈(100)이 현재상태에 관계없이 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압의 크기를 제어함으로써 상기 전기변색소자(200)를 원하는 투과율로 변색시킬 수 있어, 현재상태를 측정하는 구성을 생략할 수 있는 효과가 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에 저장되어 있던 변색정도와 대응되는 구동전압에 기초하여 상기 전기변색소자(200)가 원하는 투과율로 변색되도록 제어할 수 있다.
5. 착색과 탈색에서의 전압인가에 따른 투과율
도 15는 실시 예에 따른 전기변색장치의 인가전압과 투과율과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 16은 실시 예에 따른 전기변색장치의 착색과정에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이며, 도 17은 실시 예에 따른 전기변색장치의 탈색과정에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
앞서 설명한 도 10에 도시한 바와 같이 상기 전기변색장치는 착색과정에서 인가되는 전압에 의해 투과율이 결정될 수 있다. 또한, 도 14에 도시한 바와 같이 상기 변색장치는 탈색과정에서 인가되는 전압에 의해 투과율이 결정될 수 있다.
도 15에서는 착색과정에서 인가되는 전압에 의한 투과율의 변화와 탈색과정에서 인가되는 전압에 의한 투과율의 변화를 비교하여 설명한다.
도 15의 제1 상태(S1)는 상기 전기변색소자(200)가 최대 투과율을 가지는 상태를 의미하고, 제2 상태(S2)는 상기 제1 상태(S1)보다 낮은 투과율을 가지는 상태를 의미하며, 제3 상태(S3)는 상기 전기변색소자(200)가 최소 투과율을 가지는 상태를 의미하며, 제4 상태(S4)는 상기 제2 상태(S2)와 상기 제3 상태(S3) 사이의 투과율을 가지는 상태를 의미한다. 또한, 전압(V)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 인가되는 전압에 의한 전위차를 의미한다. 여기서 전위차는 제1 전극(210)을 기준으로 제2 전극(250)의 전압의 크기로 정의될 수 있다.
도 16a는 제1 상태(S1)에서의 전기변색장치를 나타내는 도면이다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 인가하지 않는다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 내부전위를 가지지 않는다.
상기 이온(260)은 상기 이온저장층(240)에 위치할 수 있다. 상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)에 위치함으로써 상기 전기변색소자(200)는 제1 상태(S1)가 될 수 있다.
상기 이온(260)에 의해 상기 이온저장층(240)은 상대적으로 높은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 이온(260)에 의해 상기 이온저장층(240)은 상기 전기변색층(220)에 비해 높은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 제2 내부전위(Vb)는 상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)에 비해 큰 값을 가질 수 있다.
도 16b는 상기 제어모듈(100)에 인가된 전압에 의해 상기 이온(260)의 이동이 완료된 상태에서의 내부전위와 이온(260)의 위치를 나타낸다.
도 16b를 참조하면, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 제5 전압(V5)을 인가할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 제2 전극(250)에 제5 전압(V5)을 인가할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 제2 전극(250)과 제1 전극(210)에 인가되는 전압의 차이가 제5 전압(V5)이 되도록 전압을 인가할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 제2 전극(250)과 상기 제1 전극(210)의 전위차가 제5 전압(V5)이 되도록 전압을 인가할 수 있다.
상기 제어모듈(100)에 의해 제5전압(V5)이 인가되어 상기 제1 내부전위(Va)가 상기 제5 전압(V5)까지 상승한다. 상기 제1 내부전위(Va)의 상승에 따라 상기 제2 내부전위(Vb) 또한 상승하여 상기 제1 내부전위(Va)와 대응되는 레벨을 가진다.
상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 전위차에 의해 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동할 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 이온을 얻어 환원착색되고, 상기 이온저장층(240)은 이온(260)을 잃어 산화착색될 수 있다. 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)이 착색되어 상기 전기변색소자(200)가 착색될 수 있다. 이 때, 상기 전기변색소자(200)는 제2 상태(S2)가 될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 착색에 의해 상기 제1 상태(S1)보다 낮은 투과율을 가지는 제2 상태(S2)가 될 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)는 이온(260)을 얻어 상승할 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 제2 내부전위(Vb)와 특정한 레벨차이가 날때까지 상승하여, 이온(260)의 이동이 완료되면 상기 제2 내부전위(Vb)보다 제1 문턱전압(Vth1)만큼 낮은 레벨이 될 수 있다. 즉, 상기 제2 내부전위(Vb)와 제3 내부전위(Vc)의 차는 제1 문턱전압(Vth1)일 수 있다.
여기서 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색층(220)에 위치하는 이온(260)의 개수와 비례할 수 있다. 상기 전기변색층(220)에 위치하는 이온(260)의 개수는 상기 전기변색층(220)의 변색정도와 관련된다. 즉, 상기 전기변색층(220)에 존재하는 이온의 개수가 많으면, 상기 전기변색층(220)의 착색정도는 크고, 상기 전기변색층(220)에 존재하는 이온의 개수가 작으면, 상기 전기변색층(220)의 착색정도는 작다. 또한, 상기 전기변색층(220)의 변색정도는 상기 전기변색소자(200)의 변색정도와 연관되므로, 상기 전기변색소자(200)의 투과율은 상기 제3 내부전위(Vc)에 비례할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)의 변색정도는 상기 전기변색층(220)에 위치하는 이온(260)과 상기 이온저장층(240)에 위치하는 이온의 비율에 따라 결정될 수 있다.
도 17a는 제3 상태(S3)에서의 전기변색장치를 나타내는 도면이다.
상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 전압을 인가하지 않는다. 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)은 내부전위를 가지지 않는다.
상기 이온(260)은 상기 전기변색층(220)에 위치할 수 있다. 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(240)에 위치함으로써 상기 전기변색소자(200)는 제3 상태(S3)가 될 수 있다.
상기 이온(260)에 의해 상기 전기변색층(220)은 상대적으로 높은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 이온(260)에 의해 상기 전기변색층(220)은 상기 이온저장층(240)에 비해 높은 내부전위를 가질 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)는 상기 이온저장층(240)의 제2 내부전위(Vb)에 비해 큰 값을 가질 수 있다. 여기서 상기 제3 내부전위(Vc)는 도 16의 제2 내부전위(Vb)보다 크게 도시하였는데, 이는 설명을 용이하게 하기 위함이며, 실제 전위 값을 나타내는 것은 아니다.
도 17b는 상기 제어모듈(100)에 인가된 전압에 의해 상기 이온(260)의 이동이 완료된 상태에서의 내부전위와 이온(260)의 위치를 나타낸다.
도 17b를 참조하면, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 제5 전압(V5)을 인가할 수 있다. 상기 제5 전압(V5)은 도 16b에서 상기 전기변색소자(200)에 인가한 전압과 동일한 전압이다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 제2 전극(250)에 제5 전압(V5)을 인가할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 제2 전극(250)과 제1 전극(210)에 인가되는 전압의 차이가 제5 전압(V5)이 되도록 전압을 인가할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 상기 제2 전극(250)과 상기 제1 전극(210)의 전위차가 제5 전압(V5)이 되도록 전압을 인가할 수 있다.
상기 제어모듈(100)에 의해 제5전압(V5)이 인가되어 상기 제1 내부전위(Va)가 상기 제5 전압(V5)까지 상승한다. 상기 제1 내부전위(Va)의 상승에 따라 상기 제2 내부전위(Vb) 또한 상승하여 상기 제1 내부전위(Va)와 대응되는 레벨을 가진다.
상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제2 내부전위(Vb)의 전위차에 의해 상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 이동할 수 있다. 상기 전기변색층(220)은 이온을 잃어 산화탈색되고, 상기 이온저장층(240)은 이온(260)을 얻어 환원탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(260)이 탈색되어 상기 전기변색소자(200)가 탈색될 수 있다. 이 때, 상기 전기변색소자(200)는 제4 상태(S4)가 될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 탈색에 의해 상기 제3 상태(S3)보다 높은 투과율을 가지는 제4 상태(S4)가 될 수 있다. 상기 제4 상태(S4)는 상기 제3 상태(S3)보다 투과율이 높은 상태일 수 있다.
상기 전기변색층(220)의 제3 내부전위(Vc)는 이온(260)을 잃어 하강할 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 제2 내부전위(Vb)와 특정한 레벨차이가 날때까지 하강하여, 이온(260)의 이동이 완료되면 상기 제2 내부전위(Vb)보다 제2 문턱전압(Vth2)만큼 높은 레벨이 될 수 있다. 즉, 상기 제3 내부전위(Vc)와 제2 내부전위(Vb)의 차는 제2 문턱전압(Vth2)일 수 있다.
여기서 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 전기변색소자(200)의 투과율에 비례할 수 있다.
도 16과 도 17을 비교하면, 도 16과 도 17은 초기상태가 다르고 인가하는 전압은 동일하다. 도 16은 착색을 위해 제5 전압(V5)을 인가한 상태를 나타내고, 도 17은 탈색을 위해 제5 전압(V5)을 인가한 상태를 나타낸다. 도 16의 초기상태는 최대 투과율을 가지는 상태이고, 도 17의 초기 상태는 최저투과율을 가지는 상태이다.
도 16b에서 상기 이온(260)의 이동이 완료된 후 상기 제3 내부전위(Vc)의 크기와 도 17b에서 상기 이온(260)의 이동이 완료된 후 상기 제3 내부전위(Vc)의 크기는 다를 수 있다. 도 16b에서 상기 제3 내부전위(Vc)의 크기는 도 17b에서 상기 제3 내부전위(Vc)의 크기보다 작을 수 있다.
도 16b에서 제3 내부전위(Vc)의 크기는 상기 제5 전압(V5)보다 작을 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)의 크기는 상기 제5 전압(V5)에 비해 제1 문턱전압(Vth1)만큼 작을 수 있다.
도 17b에서 제3 내부전위(Vc)의 크기는 상기 제5 전압(V5)보다 클 수 있다. 상기 제3 내부전위(Vc)의 크기는 상기 제5 전압(V5)에 비해 제2 문턱전압(Vth2)만큼 클 수 있다.
따라서, 도 16b의 광학적 상태인 제2 상태(S2)에서의 투과율은 도 17b의 광학적 상태인 제4 상태(S4)에서의 투과율보다 높을 수 있다. 다시 말해, 상기 전기변색장치는 착색과정에서 특정전압을 인가하고, 탈색과정에서 특정전압을 인가하였을 때, 광학적 상태가 달라질 수 있다. 상기 전기변색장치는 착색과정에서 특정전압을 인가하고 탈색과정에서 착색과정에 인가했던 특정전압과 동일한 전압을 인가하는 경우 투과율이 달라질 수 있다. 즉, 착색과정에 특정전압을 인가받는 경우의 투과율은 탈색과정에 특정전압을 인가받는 경우의 투과율보다 클 수 있다.
다만, 도면에서는 착색과정에 특정전압을 인가받는 경우의 투과율이 탈색과정에 특정전압을 인가받는 경우의 투과율보다 큰 것을 예로 들어 설명하였으나, 반대로, 착색과정에 특정전압을 인가받는 경우의 투과율이 탈색과정에 특정전압을 인가받는 경우의 투과율보다 작을 수도 있다.
이러한 현상은 전술한 이온의 이동과 문턱전압에 기인한 결과일 수도 있고, 전기변색층(220)과 이온저장층(240)이 서로 다른 문턱전압을 가지는 결과일 수도 있다.
추가로, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 착색과정인지 탈색과정인지에 따라 인가하는 구동전압을 달리할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 변색과정을 판단하여 이에 기초한 구동전압을 인가할 수 있다.
이 경우 상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에는 변색과정별 구동전압이 저장될 수 있다. 즉, 상기 저장부(140)에는 착색과정에서의 변색정도와 대응되는 구동전압과 탈색과정에서의 변색정도와 대응되는 구동전압이 저장되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제어모듈(100)은 이전에 인가한 전압에 기초하여 변색과정을 판단할 수 있다. 이 경우 상기 제어모듈(100)은 상기 저장부(140)에 출력한 구동전압을 기록하고, 이후 구동시 상기 저장부(140)에 저장되어 있던 이전 구동전압을 불러와 현재 구동전압과 비교하여 변색과정을 판단할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 저장부(140)에 저장되어 있던 이전 구동전압에 의해 이전 상태를 산출하고, 산출된 이전 상태와 목적 상태를 비교하여 변색과정을 판단하고, 이에 기초하여 구동전원을 공급할 수 있다.
예를 들어, 착색과정인 도 16b의 제2 상태(S2)와 동일한 상태를 구현하기 위해 탈색과정에서 상기 제어모듈(100)은 제6 전압(V6)을 인가할 수 있다. 상기 제6 전압(V6)은 상기 제5 전압(V5)보다 낮은 레벨의 전압일 수 있다. 도 16b의 제3 내부전위(Vc)와 동일한 내부전위를 가지려면, 도 17b에서의 제3 내부전위(Vc)를 하강시켜야하므로, 상기 제5 전압(V5)보다 낮은 전압을 인가하면, 탈색과정에서 제2 상태(S2)를 구현할 수 있다.
반대로, 탈색과정인 도 17b의 제4 상태(S4)와 동일한 상태를 구현하기 위해 착색과정에서 상기 제어모듈(100)은 도시하지 않았지만, 상기 제5 전압(V5)보다 큰 전압을 인가할 수 있다. 도 17b의 제3 내부전위(Vc)와 동일한 내부전위를 가지려면, 도 16b에서의 제3 내부전위(Vc)를 상승시켜야 하므로, 상기 제5 전압(V5)보다 높은 전압을 인가하면, 착색과정에서 제4 상태(S4)를 구현할 수 있다.
6. 착색과 탈색과정에서의 불변구간
도 18은 실시 예에 따른 전기변색장치의 인가전압과 투과율과의 관계를 나타내는 도면이고, 도 19는 실시 예에 따른 전기변색장치의 탈색과정과 착색과정에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18의 제3 상태(S3)는 상기 전기변색소자(200)가 최소 투과율을 가지는 상태를 의미하고, 제5 상태(S5)는 상기 제3 상태(S3)보다 높은 투과율을 가지는 상태를 의미한다. 또한, 전압(V)은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 인가되는 전압에 의한 전위차를 의미한다. 여기서 전위차는 제1 전극(210)을 기준으로 제2 전극(250)의 전압의 크기로 정의될 수 있다.
도 18은 제1 구간(P1), 제2 구간(P2) 및 제3 구간(P3)을 포함한다. 상기 제1 구간(P1)은 탈색구간일 수 있고, 제2 구간(P2)은 불변구간일 수 있고, 상기 제3 구간(P3)은 착색구간일 수 있다.
상기 제1 구간(P1)은 상기 전기변색소자(200)가 제3 상태(S3)에서 제5 상태(S5)로 변경되는 구간일 수 있고, 상기 제2 구간(P2)은 제5 상태(S5)를 유지하는 구간일 수 있고, 상기 제3 구간(P3)에서 제5 상태(S5)로 변경되는 구간일 수 있다.
도 19a는 제1 구간(P1)에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18과 함께 도 19a를 참조하면, 상기 전기변색소자(200)는 제3 상태(S3)에서 제5 상태(S5)로 변색될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 제3 상태(S3)에서 제5 상태(S5)로 탈색될 수 있다.
상기 제3 상태(S3)에서 상기 이온(260)은 상기 전기변색층(220)에 위치할 수 있다. 이 때, 상기 제2 전극(250)에 점차적으로 레벨이 낮아지는 전압(V)을 인가하면, 상기 제2 내부전위(Vb)가 낮아져서 상기 전기변색층(220)의 상기 이온(260)이 상기 전해질층(230)을 통해 상기 이온저장층(240)으로 이동할 수 있다. 이 과정에서 상기 전기변색층(220)은 이온(260)을 잃어 산화탈색되고, 상기 이온저장층(240)은 이온(260)을 얻어 환원탈색될 수 있다. 상기 전기변색층(220)의 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로 이동함으로써 상기 제3 내부전위(Vc)가 점차 낮아진다.
상기 제2 전극(250)에 인가되는 전압이 제7 전압(V7)에 도달한 상태로 전압의 하강이 중단되면, 상기 제3 내부전위(Vc) 또한 특정 레벨까지 하강한후 하강이 중단된다. 이 때, 상기 제3 내부전위(Vc)와 상기 제7 전압(V7)의 전압차이는 제2 문턱전압(Vth2)일 수 있다. 즉, 상기 제3 내부전위(Vc)는 상기 제7 전압(V7)보다 상기 제2 문턱전압(Vth2)만큼 높은 전압을 가지는 상태에서 전압하강이 중단된다.
도 19b는 제2 구간(P2)에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18과 함께 도 19b를 참조하면, 상기 전기변색소자(200)는 제5 상태(S5)가 유지될 수 있다. 상기 제2 구간(P2)은 인가되는 전압이 상승하더라도 투과율이 유지되는 구간일 수 있다.
일반적인 경우 인가되는 전압을 상승시키면, 착색에 의해 투과율이 작아진다. 다만, 이전 구간이 탈색구간인 경우 일정범위동안 전압을 상승시킨다고 하더라도 투과율이 변경되지 않는다. 전압의 변경에 의해 투과율이 변경되지 않는 구간을 불변구간이라 정의할 수 있다.
상기 불변구간은 이전 구간이 탈색구간인 경우 착색을 위해 전압을 상승시키는 경우에 나타날 수도 있고, 이전 구간이 착색구간인 경우 탈색을 위해 전압을 하강시키는 경우에도 나타날 수 있다.
상기 제1 구간(P2)에 의해 제 7 전압(V7)이 인가되었던 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압(V)을 점차적으로 상승시킬 수 있다. 상기 전압(V)이 상승한다고 하더라도 상기 이온(260)은 이동하지 않는다. 상기 전압(V)은 불변전압구간(Vd)에서 상승한다고 하더라도 상기 이온(260)은 이동하지 않는다.
상기 불변전압구간(Vd)은 상기 제3 내부전위(Vc)를 기준으로 제1 문턱전압(Vth1) 및 제2 문턱전압(Vth2)만큼 편차를 가지는 전압구간일 수 있다. 상기 불변전압구간(Vd)의 하한은 상기 제3 내부전위(Vc)보다 제2 문턱전압(Vth2)만큼 낮은 값일 수 있고, 상기 불변전압구간(Vd)의 상한은 상기 제3 내부전위(Vc)보다 제1 문턱전압(Vth1)만큼 큰 값일 수 있다.
상기 제3 내부전위(Vc)보다 낮은 불변전압구간의 전압이 인가되는 경우 상기 전압(V)은 상기 제3 내부전위(Vc)와의 차이가 상기 제2 문턱전압(Vth2)보다 작아져 상기 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로부터 이탈될 수 없다. 따라서, 상기 이온(260)의 이동이 없어 상기 제3 내부전위(Vc)의 변동이 없으며, 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)은 변색되지 않는다. 이로써 상기 전기변색소자(200)의 상태가 유지된다.
상기 제3 내부전위(Vc)보다 높은 불변전압구간의 전압이 인가되는 경우 상기 전압(V)은 상기 제3 내부전위(Vc)와의 차이가 상기 제1 문턱전압(Vth1)보다 작아져 상기 이온(260)이 상기 이온저장층(240)으로부터 이탈될 수 없다. 따라서, 상기 이온(260)의 이동이 없어 상기 제3 내부전위(Vc)의 변동이 없으며, 상기 전기변색층(220) 및 이온저장층(240)은 변색되지 않는다. 이로써 상기 전기변색소자(200)의 상태가 유지된다.
상기 불변전압구간(Vd)은 상기 제1 문턱전압(Vth1) 및 제2 문턱전압(Vth2)의 크기의 합과 대응될 수 있다. 따라서, 상기 이온(260)과 상기 전기변색층(220) 또는 이온저장층(240)의 결합력이 크면 상기 불변전압구간(Vd)이 커지고, 상기 이온(260)과 상기 전기변색층(220) 또는 이온저장층(240)의 결합력이 작으면 상기 불변전압구간(Vd)이 작아질 수 있다.
도 19c는 제3 구간(P3)에서의 전위와 이온의 관계를 나타내는 도면이다.
도 18과 함께 도 19c를 참조하면, 상기 전기변색소자(200)는 제5 상태(S5)에서 제3 상태(S3)로 변색될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 제5 상태(S5)에서 제3 상태(S3)로 착색될 수 있다.
상기 제3 상태(S3)에서 다수의 이온(260)의 중 일부의 이온은 상기 이온저장층(240)에 위치할 수 있다. 이 때, 제8 전압(V8)보다 높은 전압(V)을 인가하면 상기 제2 내부전위(Vb)가 상승하여 상기 이온저장층(240)의 이온(260)이 상기 전해질층(230)을 통해 상기 전기변색층(220)으로 이동할 수 있다.
상기 제8 전압(V8)은 제2 구간(P2)의 상기 제3 내부전압(Vc)보다 제1 문턱전압(Vth1)만큼 더 큰 전압일 수 있다. 상기 제3 구간(P3)에서는 제8 전압(V8)보다 높은 전압이 상기 제2 전극(250)으로 인가됨으로써 상기 제2 내부전위(Vb)와 상기 제3 내부전위(Vc)의 차이 값이 제1 문턱전압(Vth1)보다 높아져서 상기 이온저장층(240)의 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동할 수 있다.
이 과정에서 상기 전기변색층(220)은 이온(260)을 얻어 환원착색되고, 상기 이온저장층(240)은 이온(260)을 잃어 산화착색될 수 있다. 상기 이온저장층(240)의 이온(260)이 상기 전기변색층(220)으로 이동함으로써 상기 제3 내부전위(Vc)가 점차 높아진다.
상기 제어모듈(100)은 상기 불변구간에 기초하여 구동전원을 생성하여 상기 전기변색소자(200)에 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 착색과 탈색을 변경할 때 상기 불변구간에 기초하여 구동전원을 공급할 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 이전과정을 판단하여 다른 구동전압을 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 이전과정이 탈색과정인 경우 상기 불변구간의 전압을 인가하지 않고, 상기 불변전압구간보다 더 큰 전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)를 착색시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 이전과정이 착색과정인 경우 상기 불변구간의 전압을 인가하지 않고, 상기 불변전압구간보다 더 작은 전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)를 탈색시킬 수 있다.
7. 임계전압
도 20은 실시 예에 따른 전기변색장치의 등가회로도이다.
도 20을 참조하면, 실시 예에 따른 전기변색장치의 전기변색소자(200)는 제어모듈(100)과 연결될 수 있다.
상기 전기변색소자(200)는 다수의 분할영역을 포함할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 제1 분할영역 내지 제n 분할영역(270a 내지 270n)을 포함할 수 있다. 각각의 분할영역은 서로 병렬로 연결될 수 있다.
상기 각각의 분할영역은 상기 제어모듈(100)과 연결되는 상기 전기변색소자(200)의 일부영역일 수 있다.
각각의 분할영역은 물리적으로 분할될 수 있는 영역이 아닌 전기적인 영역일 수 있다. 상기 전기변색소자(200)는 제1 전극(210), 전기변색층(220), 전해질층(230), 이온저장층(240) 및 제2 전극(250)을 포함하는데, 상기 전기변색소자(200)를 구성하는 각각의 층은 각각 단일층으로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 분할영역과 같이 실제로 분할되는 영역은 없으며, 상기 분할영역은 상기 전기변색소자(200)의 전기적인 해석을 위해 가상으로 분할된 영역일 수 있다.
상기 제1 분할영역 내지 제n 분할영역(270a 내지 270n)은 모두 동일한 등가회로로 해석될 수 있다. 상기 제n 분할영역(270n)을 예로 들어 설명하면, 상기 제n 분할영역(270n)은 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 연결저항(Ra) 및 커패시터(C)를 포함할 수 있다. 상기 제n 분할영역(270n)은 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 연결저항(Ra) 및 커패시터(C)를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
상기 제1 저항(R1)의 일단과 상기 제2 저항(R2)의 일단은 인접하는 분할영역과 전기적으로 연결되고, 상기 제1 저항(R1)의 타단과 상기 제2 저항(R2)의 타단은 상기 연결저항(Ra) 및 커패시터(C)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 연결저항(Ra)의 양단은 상기 제1 저항(R1)의 타단 및 제2 저항(R2)의 타단과 전기적으로 연결되며, 상기 커패시터(C)의 양단은 상기 제1 저항(R1)의 타단 및 제2 저항(R2)의 타단과 전기적으로 연결될 수 있다.
여기서 수평방향은 도 3의 x방향 또는 y방향일 수 있다. 상기 수평방향은 상기 제어모듈(100)과 상기 전기변색소자(200)의 컨택영역으로부터 상기 제2 전극(250)을 따라 이격되는 방향일 수 있다. 상기 수직방향은 도 3의 z방향일 수 있다. 상기 수직방향은 상기 제1 전극(210)에서부터 상기 제2 전극(250)을 향하는 방향일 수 있다.
상기 제1 저항(R1)은 상기 제2 전극(250)의 일부영역의 수평방향으로의 저항일 수 있다. 상기 제2 저항(R2)은 상기 제1 전극(210)의 일부영역의 수평방향으로의 저항일 수 있다.
상기 연결저항(Ra)은 상기 전기변색소자(200)의 수직방향으로의 저항일 수 있다. 즉, 상기 연결저항(Ra)은 상기 제1 전극(210)과 제2 전극(250) 사이의 저항일 수 있다. 상기 연결저항(Ra)은 상기 제1 전극(210), 전기변색층(220), 전해질층(230), 이온저장층(240) 및 제2 전극(250)의 수직방향의 저항 및 상기 제1 전극(210)과 전기변색층(220) 사이의 접촉저항, 상기 전기변색층(220)과 전해질층(230) 사이의 접촉저항, 상기 전해질층(230)과 이온저장층(240) 사이의 접촉저항 과 상기 이온저장층(240)과 제2 전극(250) 사이의 접촉저항의 합일 수 있다.
상기 커패시터(C)는 상기 제1 전극(210)과 상기 제2 전극(250)과 상기 전기변색층(220), 전해질층(230) 및 이온저장층(240)에 의해 생성되는 커패시터일 수 있다. 상기 다수의 분할영역의 커패시터(C)의 커패시턴스의 합은 상기 전기변색소자(200)의 용량일 수 있다.
상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 RC지연에 의해 시간이 지남에 따라 상승하여, 일정한 전압에 도달할 수 있다. 상기 일정한 전압은 직렬연결된 제1 저항(R1), 제2 저항(R2) 및 연결저항(Ra)에 의해 분배된 저항일 수 있다. 즉, 상기 일정한 전압은 전압분배법칙에 의해 상기 제n 분할영역(270n)에 인가된 전압의 Ra/(R1+R2+Ra)배의 전압일 수 있다. 상기 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 도체의 저항이고, 상기 연결저항(Ra)은 도체와 부도체의 조합의 저항이므로, 상기 연결저항(Ra)은 상기 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)보다 극도로 큰 값을 가지므로, RC지연에 의한 시간이 지나면, 상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 상기 제n 분할영역(270n)에 인가되는 전압에 대응될 수 있다. 즉, RC지연에 의한 시간이 지나면, 상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 상기 제n 분할영역(270n)에 인가되는 전압과 유사해질 수 있다. 극단적으로, RC지연에 의한 시간이 지나면, 상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 상기 제n 분할영역(270n)에 인가되는 전압과 동일해 질 수 있다.
상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 인접하는 분할영역의 입력전압과 동일할 수 있다. 즉, 상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 인접하는 분할영역에 인가될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 분할영역(270a)의 커패시터(C)에 차징되는 전압은 상기 제2 분할영역(270b)에 인가될 수 있다. 상기 제1 분할영역(270a)의 커패시터(C)에 차징되는 전압은 상기 제2 분할영역(270b)의 제1 저항(R1)의 일단 및 제2 저항(R2)의 일단에 인가될 수 있다.
상기 분할영역의 커패시터(C)에 차징되는 전압은 입력전압에 비례하므로, 다수의 분할영역의 커패시터(C)에 차징되는 전압은 RC지연에 의해 순차적으로 차징될 수 있다.
다수의 분할영역의 커패시터(C)는 순차적으로 전압이 상승할 수 있다. 상기 다수의 분할영역의 커패시터(C) 중 상기 제어모듈(100)과의 거리가 가까운 분할영역이 먼저 차징되고, 상기 제어모듈(100)과의 거리가 먼 분할영역이 나중에 차징될 수 있다. 상기 다수의 분할영역의 커패시터(C) 중 상기 제어모듈(100)과 상기 전기변색소자(200)의 컨택영역과 인접하는 분할영역이 먼저 차징되고, 상기 컨택영역과 이격된 분할영역이 나중에 차징될 수 있다.
상기 다수의 분할영역 중 제1 분할영역(270a)의 커패시터(C)가 먼저 차징되고, 상기 제n 분할영역(270n)의 커패시터(C)까지 순차적으로 차징될 수 있다.
상기 커패시터(C)에 차징되는 전압은 상기 제1 전극(210) 및 제2 전극(250)에 인가되는 구동전압이므로, 상기 커패시터(C)에 차징되는 전압에 의해 변색정도가 결정될 수 있다.
도 21은 실시 예에 따른 전기변색소자의 시간별 전기변색정도를 나타내는 도면이다.
상기 제어모듈(100)로부터 상기 전기변색소자(200)로 전압이 인가되면, 초기 단계에서는 도 21a과 같이 상기 제어모듈(100)과 상기 전기변색소자(200)의 컨택영역과 인접하는 영역 먼저 변색되고, 상기 컨택영역과 인접하는 영역은 변색되지 않는다. 즉, 상기 컨택영역과 인접하는 영역과 상기 컨택영역과 이격된 영역의 변색정도는 다른 상태가 될 수 있다. 다시 말해, 상기 컨택영역과 인접하는 영역의 투과율과 상기 컨택영역과 이격된 영역의 투과율은 다를 수 있다. 착색과정에서 상기 컨택영역과 인접하는 영역의 투과율은 상기 컨택영역과 이격된 영역의 투과율보다 작을 수 있다.
상기 제어모듈(100)로부터 상기 전기변색소자(200)로 전압이 지속적으로 인가되는 중기단계에서는 도 21b와 같이 상기 컨택영역과 인접한 영역은 변색의 완료되고, 상기 컨택영역과 이격된 영역은 변색이 시작될 수 있다. 이 경우에도 상기 컨택영역과 인접하는 영역과 상기 컨택영역과 이격된 영역의 변색정도는 다른 상태가 될 수 있다. 상기 컨택영역과 인접하는 영역은 목표변색정도에 도달하더라도, 상기 컨택영역과 이격된 영역의 변색정도는 목표변색정도에 도달하지 못할 수 있다. 다시 말해, 상기 컨택영역과 인접하는 영역의 투과율과 상기 컨택영역과 이격된 영역의 투과율은 다를 수 있다. 착색과정에서 상기 컨택영역과 인접하는 영역의 투과율은 상기 컨택영역과 이격된 영역의 투과율보다 작을 수 있다. 상기 중기단계에서 시간의 흐름에 따라 상기 목표변색정도에 도달한 영역의 면적이 점점 넓어진다. 상기 시간의 흐름에 따라 상기 목표변색정도에 도달한 영역은 상기 컨택영역에서 멀어지는 방향으로 면적이 넓어질 수 있다.
상기 제어모듈(100)로부터 상기 전기변색소자(200)로 전압이 지속적으로 인가되어 완료단계에 도달하면, 도 21c와 같이 상기 전기변색소자(200)의 전영역의 변색이 완료된다. 상기 전기변색소자(200)에 전압이 인가되기 시작하는 시점으로부터 상기 전기변색소자(200)의 전영역의 변색이 완료되는 시점까지의 시간을 임계시간으로 정의할 수 있다.
상기 임계시간에 도달하면 상기 전기변색소자(200)의 전영역의 변색상태는 균일할 수 있다. 상기 임계시간에 도달하면, 상기 전기변색소자(200)의 제1 지점과 제2 지점의 변색상태의 편차는 일정수준이하일 수 있다. 상기 임계시간에 도달하면, 상기 전기변색소자(200)의 제1 지점과 제2 지점의 투과율은 대응될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 제1 지점과 제2 지점의 변색상태의 최대편차는 일정수준 이하일 수 있다. 상기 임계시간에 도달하면, 상기 전기변색소자(200)의 제1 지점과 제2 지점의 투과율의 편차는 0% 내지 30%일 수 있다.
상기 임계시간은 상기 전기변색소자(200)의 면적에 비례할 수 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)의 면적이 커질수록 상기 임계시간은 길어질 수 있다. 다시 말해, 상기 전기변색소자(200)의 면적이 커질수록 상기 전기변색소자(200)가 균질하게 변색되는 시간은 길어질 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 영역별 변색상태의 편차 또한 상기 전기변색소자(200)의 면적에 비례할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 면적이 커질수록 상기 전기변색소자(200)의 영역별 변색상태의 최대편차가 커질 수 있다.
상기 임계시간은 도 22와 같이 전압차에 비례할 수 있다.
상기 전압차는 상기 제어모듈(100)로부터 인가된 전압과 상기 전기변색소자(200)에 충진되어 있던 전압과의 차이값일 수 있다.
상기 전압차는 현재변색상태와 목표변색상태의 차이값에 비례할 수 있다. 상기 전기변색소자(200)에 충진되어 있던 전압은 상기 전기변색소자(200)의 현재 변색상태와 대응되고, 인가되는 전압은 목표변색상태와 대응되므로, 상기 전압차는 현재변색상태와 목표변색상태의 차이 값에 비례할 수 있다.
도 23은 실시 예에 따른 제어모듈에서 상기 전기변색소자에 인가되는 전압을 나타내는 도면이다.
도 23에서는 인가단계에서 상기 제어모듈(100)에서 상기 전기변색소자(200)에 인가되는 전압을 설명한다.
상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 공급할 수 있다. 상기 제어모듈(100)에서 상기 전기변색소자(200)로 공급되는 구동전압이 인가되는 시간은 상기 임계시간에 기초하여 결정될 수 있다. 상기 제어모듈(100)에서 상기 전기변색소자(200)로 구동전압이 인가되는 시간(tb)은 상기 임계시간(ta)보다 클 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 상기 임계시간(ta)에 따라 고정된 상기 구동전압 인가시간(tb)을 설정하여 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 공급할 수 있다. 또는, 상기 제어모듈(100)은 상기 임계시간(ta)에 따라 상기 구동전압 인가시간(tb)을 변경할 수 있다.
상기 제어모듈(100)이 고정된 구동전압 인가시간(tb)동안 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가하는 경우 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 최대 임계시간을 산출하여 상기 최대 임계시간보다 긴 시간동안 구동전압을 인가할 수 있다. 상기 최대 임계시간은 탈색상태에서 최대 착색상태로 변색될 때 필요한 임계시간일 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)가 어떤 상태로 변경되든 최대 임계시간보다 긴 시간동안 구동전압을 인가하여 구동전압 인가 시간 산출을 생략할 수 있어 연산량이 줄어드는 효과가 있다.
상기 임계시간(tb)은 상기 전기변색소자(200)의 면적과 관련될 수 있다. 상기 임계시간(tb)은 상기 전기변색소자(200)의 면적에 비례할 수 있다. 상기 최대 임계시간 또한 상기 전기변색소자(200)의 면적과 관련되므로, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)의 면적에 따라 구동전압 인가시간(tb)을 설정하여 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가할 수 있다.
상기 제어모듈(100)이 상기 임계시간(ta)에 따라 구동전압 인가시간(tb)을 변경하는 경우, 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색장치(200)의 현재전위를 측정하여 이를 기초로 구동전압 인가시간(tb)을 변경하여 상기 전기변색장치(200)에 구동전압을 인가할 수 있다. 이 경우 도시하지 않았지만 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색장치(200)의 현재전위를 측정할 수 있는 측정부를 더 포함할 수 있다.
또는 상기 제어모듈(100)은 미리 저장된 임계시간 데이터에 기초하여 상기 상기 구동전압 인가시간(tb)을 변경시킬 수 있다. 상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에는 임계시간 데이터가 저장되어 있고, 상기 제어모듈(100)은 상기 저장부(140)에 저장된 임계시간 데이터에 기초하여 상기 구동전압 인가시간(tb)을 변경할 수 있다. 상기 임계시간 데이터 또한 상기 전기변색소자(200)의 면적과 관련될 수 있다.
상기 임계시간 데이터는 전압차 및/또는 온도와 관련된 데이터일 수 있다. 상기 임계시간은 상기 전압차에 의해 결정되므로, 상기 제어모듈(100)은 이전에 인가되었던 전압과 인가전압을 비교하여 전압차를 산출하여 이에 대응되는 임계시간(ta)보다 긴 시간동안 구동전압을 인가할 수 있다. 상기 임계시간은 이온의 이동과 관련되므로, 상기 임계시간 데이터는 상기 온도와 관련된 데이터일 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 실시간으로 온도를 측정하여 상기 저장부(140)에 저장된 임계시간 데이터를 실시간으로 변경할 수도 있다.
상기 임계시간 데이터는 인가단계에서의 데이터와 유지단계에서의 데이터를 포함할 수 있다.
상기 인가단계에서의 임계시간 데이터는 상기 전압차 및/또는 온도와 관련된 데이터일 수 있다. 상기 유지단계에서의 임계시간 데이터는 상기 전압차, 온도 및/또는 유지단계 중 전압이 인가되지 않는 시간과 관련된 데이터 일 수 있다.
도 24는 실시 예에 따른 전기변색장치의 전압차에 따른 임계시간을 나타내는 도면이다.
도 24a는 탈색상태에서 목표변색 레벨에 따라 달라지는 전압차에 의한 임계시간을 나타내는 도면이다.
도 24a에서 제1 구동전압(V21)은 탈색상태에서 제1 착색상태로 변경시킬 때 인가되는 구동전압이고, 제2 구동전압(V22)은 탈색상태에서 제2 착색상태로 변경될 때 인가되는 구동전압을 나타낸다.
상기 제1 착색상태는 상기 제2 착색상태보다 착색정도가 더 큰 상태를 의미할 수 있다. 상기 제1 착색상태는 상기 제2 착색상태보다 투과율이 낮은 상태를 의미할 수 있다. 상기 제1 구동전압(t21)은 상기 제2 구동전압(t22)보다 큰 전압일 수 있다.
상기 탈색상태에서는 상기 제어모듈(100)로부터 상기 전기변색소자(200)에 구동전압이 인가되지 않으므로, 상기 탈색상태에서 제1 착색상태로 변경될 때 전압차는 제1 구동전압(t21)과 동일하고, 상기 탈색상태에서 제2 착색상태로 변경될 때 전압차는 제2 구동전압(t22)과 동일할 수 있다. 상기 제1 착색상태로 변경될 때 전압차는 상기 제2 착색상태로 변경될 때의 전압차보다 작으므로, 상기 제2 착색상태로 변경될 때의 제2 임계시간(t22)은 상기 제1 착색상태로 변경될 때의 제1 임계시간(t21)보다 짧을 수 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)가 제2 착색상태로 균질하게 착색될 때 소요되는 시간은 상기 전기변색소자(200)가 제1 착색상태로 균질하게 착색될 때 소요되는 시간보다 짧을 수 있다.
상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에는 상기 제1 착색상태로 변경될 때의 제1 임계시간(t21)과 상기 제2 착색상태로 변경될 때의 제2 임계시간(t22)이 저장되어 있고, 상기 제어모듈(100)은 상기 저장부(140)에 저장된 상기 제1 임계시간(t21)과 제2 임계시간(t22)에 기초하여 구동전압 인가시간을 결정하여 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가할 수 있다.
상기 제어모듈(100)은 탈색상태에서 제1 착색상태로 변경 시킬 때 상기 제1 임계시간(t21)보다 긴 시간동안 구동전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)를 착색시킬 수 있다. 또한, 상기 제어모듈(100)은 탈색상태에서 제2 착색상태로 변경시킬 때 상기 제2 임계시간(t22)보다 긴 시간동안 구동전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)를 착색시킬 수 있다.
도 24b는 착색상태에서 다른 변색레벨로 변경할 때의 전압차에 의한 임계시간을 나타내는 도면이다.
도 24b에서 제1 구동전압(V31)은 상기 전기변색소자(200)가 제1 착색상태에서 제3 착색상태로 변경될 때 인가되는 구동전압이고, 제2 구동전압(V32)은 상기 전기변색소자(200)가 제2 착색상태에서 제3 착색상태로 변경될 때 인가되는 구동전압을 나타낸다.
상기 제1 착색상태는 상기 제2 착색상태보다 착색정도가 더 큰 상태를 의미할 수 있다. 상기 제1 착색상태는 상기 제2 착색상태보다 투과율이 낮은 상태를 의미할 수 있다. 상기 제1 구동전압(V31)은 상기 제2 구동전압(V32)보다 큰 전압일 수 있고, 상기 제3 구동전압(V33)은 상기 제1 구동전압(V33)보다 큰 전압일 수 있다.
상기 전기변색소자(200)의 초기상태가 제1 착색상태인 경우 상기 전기변색소자(200)에는 제1 구동전압(V31)이 차징되어 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)의 초기상태가 제1 착색상태인 경우 상기 전기변색소자(200)에는 제1 구동전압(V31)이 인가된 경우와 동일할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)의 초기상태가 제2 착색상태인 경우 상기 전기변색소자(200)에는 제2 구동전압(V32)이 차징되어 있다. 즉, 상기 전기변색소자(200)의 초기상태가 제2 착색상태인 경우 상기 전기변색소자(200)에는 제2 구동전압(V32)이 인가된 경우와 동일할 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 제1 착색상태에서 상기 제3 착색상태로 변경되는 경우 전압차는 제1 전압차(Vd1)일 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 제1 착색상태에서의 구동전압은 제1 구동전압(V31)이고, 상기 제3 착색상태에서의 구동전압은 제3 구동전압(V33)이고, 상기 제3 구동전압(V33)과 상기 제1 구동전압(V31)의 차이는 제1 전압차(Vd1)일 수 있다.
상기 전기변색소자(200)가 제2 착색상태에서 상기 제3 착색상태로 변경되는 경우 전압차는 제2 전압차(Vd2)일 수 있다. 상기 전기변색소자(200)의 제2 착색상태에서의 구동전압은 제2 구동전압(V32)이고, 상기 제3 착색상태에서의 구동전압은 제3 구동전압(V33)이고, 상기 제3 구동전압(V33)과 상기 제2 구동전압(V32)의 차이는 제2 전압차(Vd2)일 수 있다.
상기 제1 전압차(Vd1)는 상기 제2 전압차(Vd2)보다 작으므로, 상기 제1 착색상태에서 상기 제3 착색상태로 변경될 때의 제1 임계시간(t31)은 상기 제2 착색상태에서 상기 제3 착색상태로 변경될 때의 제2 임계시간(t32)보다 짧을 수 있다.
상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에는 이전상태가 저장되어 있다. 즉, 상기 제어모듈(100)의 저장부(140)는 이전에 출력된 구동전압이 저장되어 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가할 때마다 상기 구동전압을 상기 저장부(140)에 저장할 수 있다. 상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에는 제1 착색상태와 제2 착색상태가 저장되어 있다.
상기 제어모듈(100)의 저장부(140)에는 전압차에 따른 임계시간이 저장되어 있다. 상기 제1 착색상태에서 상기 제3 착색상태로 변경될 때, 상기 제어모듈(100)은 목표인가전압인 제3 구동전압(V33)과 저장되어 있던 제1 구동전압(V31)을 비교하여 제1 전압차(Vd1)를 산출할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 전압차(Vd1)와 대응되는 제1 임계시간(t31)에 기초하여 상기 구동전압 인가시간을 결정하여 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가할 수 있다. 여기서 인가되는 구동전압의 인가시간은 상기 제1 임계시간(t31)보다 길 수 있다.
또한, 제2 착색상태에서 제3 착색상태로 변경될 때, 상기 제어모듈(100)은 목표인가전압인 제3 구동전압(V33)과 저장되어 있던 제2 구동전압(V32)을 비교하여 제2 전압차(Vd2)를 산출할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제2 전압차(Vd2)와 대응되는 제2 임계시간(t32)에 기초하여 상기 구동전압 인가시간을 결정하여 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가할 수 있다. 여기서 인가되는 구동전압의 인가시간은 상기 제2 임계시간(t32)보다 길 수 있다.
도면에서는 전기변색소자(200)를 낮은 착색상태에서 높은 착색상태로 변경시킬 때를 설명하였으나, 전기변색소자(200)를 높은 착색상태에서 낮은 착색상태로 변경시키는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 탈색되는 과정에서도 상기의 기재가 적용될 수 있다. 상기 전기변색소자(200)가 탈색되는 과정에서도 상기 전압차에 의해 임계시간이 달라질 수 있다.
또한, 도 24와 이에 대응되는 상세한 설명의 기재는 인가단계를 예로 들어 설명하였으나, 유지단계에서도 이와 대응되는 특징이 적용될 수 있다. 유지단계에서 이전상태는 인가단계에서 인가된 전압일 수도 있고, 현재 유지단계의 전 유지단계에서 인가된 전압일 수도 있다. 상기 이전상태와 현재상태에 기초하여 임계시간이 결정될 수 있다.
8. 유지전압
도 25는 실시 예에 따른 전기변색장치의 듀티 사이클에 따른 임계시간을 나타내는 도면이다.
도 25는 유지 단계에서의 듀티 사이클에 따른 임계시간에 대해 설명한다.
도 25a는 비인가시간이 상대적으로 짧을 때의 임계시간을 나타내는 도면이고, 도 25b는 비인가시간이 상대적으로 길 때의 임계시간을 나타내는 도면이다.
도 25a를 참조하면, 실시 예에 따른 제어모듈(100)은 인가단계와 유지단계에 상기 전기변색소자(200)에 구동전압을 인가할 수 있다.
상기 인가단계는 상기 제어모듈(100)에 의해 상기 전기변색소자(200)가 변색되는 단계일 수 있다. 상기 인가단계는 상기 제어모듈(100)에 의해 상기 전기변색소자(200)가 목적하는 변색레벨로 변색되는 단계일 수 있다. 상기 인가단계는 최초변색단계와 변색레벨 변경단계를 포함할 수 있다.
상기 유지단계는 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지시키기 위해 유지전압을 인가하는 단계를 의미한다. 상기 제어모듈(100)은 상기 유지단계에서 펄스형태의 유지전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지시킬 수 있다.
상기 인가단계에서 상기 제어모듈(100)은 제1 시점(t41)까지 구동전압을 인가할 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 제1 시점(t41)까지 일정구간동안 점차적으로 상승하는 구동전압을 인가하고, 일정레벨의 구동전압을 인가할 수 있다. 상기 인가단계는 제1 기간(w1)동안 유지될 수 있다.
상기 유지단계는 인가기간과 비인가기간을 포함할 수 있다. 상기 인가기간은 구동전압이 인가되는 기간으로 정의할 수 있고, 상기 비인가기간은 상기 구동전압이 인가되지 않는 기간으로 정의될 수 있다. 상기 유지단계에서는 상기 인가기간과 비인가기간이 반복해서 나타남으로써 상기 제어모듈(100)은 펄스형태의 전압을 상기 전기변색소자(200)에 인가할 수 있다.
상기 인가단계가 종료되는 제1 시점(t41)부터 인가기간이 시작되는 제2 시점(t42) 사이의 기간은 제2 기간(w2)으로 정의될 수 있다. 상기 제2 기간(w2)은 비인가 기간일 수 있다. 상기 비인가 기간이 종료되는 제2 시점(t42)부터 상기 인가기간이 종료되는 제3 시점(t43) 사이의 기간은 제3 기간(w3)으로 정의될 수 있다.
상기 인가기간은 인가단계에서 인가되는 구동전압의 크기 및 상기 비인가기간에 의해 결정될 수 있다. 상기 제3 기간(w3)은 상기 구동전압의 크기와 제2 기간(w2)에 의해 결정될 수 있다.
상기 제3 기간(w3)은 상기 제1 기간(w1)보다 짧을 수 있다.
상기 인가단계에서의 구동전압의 크기와 인가기간의 상관관계를 설명하면, 상기 인가단계에서의 구동전압의 크기가 클수록 비인가기간에서의 상태변화가 커질 수 있다. 즉, 상기 인가단계에서의 구동전압의 크기가 클수록 자연 변색정도가 커질 수 있다. 상기 인가단계에서의 구동전압의 크기가 클수록 상기 전기변색소자(200)에 차징된 전압과 구동전압의 차이가 커지므로, 상기 유지단계에서의 임계시간이 증가할 수 있다. 상기 인가기간은 임계시간보다 길어야 하므로, 상기 구동전압의 크기가 클수록 상기 인가기간이 길어질 수 있다.
상기 인가단계에서 상기 전기변색소자(200)가 최저 투과율을 가지는 상태에서 최고 투과율을 가지는 상태로 변경되는 경우 이 때의 유지단계에서의 임계시간은 최대임계시간일 수 있다. 상기 제어모듈(100)은 상기 최대임계시간을 상기 저장부(140)에 저장하고, 상기 인가단계에서의 구동전압의 크기와 관계없이 최대임계시간 동안 구동전압을 인가하여 상기 전기변색소자(200)의 상태를 유지할 수 있다. 이로써 상기 제어부(100)의 연산량이 줄어들 수 있는 효과가 있다.
도 25a 및 도 25b를 통해 상기 비인가기간과 인가기간의 상관관계를 설명하면, 도 25b의 인가단계는 도 25a의 인가단계와 동일하다.
상기 인가단계가 종료되는 제1 시점(t41)부터 인가기간이 시작되는 제4 시점(t44) 사이의 기간은 제4 기간(w4)으로 정의될 수 있다. 상기 제4 기간(w4)은 비인가 기간일 수 있다. 상기 비인가 기간이 종료되는 제4 시점(t44)부터 상기 인가기간이 종료되는 제5 시점(t45) 사이의 기간은 제5 기간(w5)으로 정의될 수 있다.
도 25a의 비인가 기간은 도 25b의 비인가기간보다 짧다. 즉, 제2 기간(w2)은 제4 기간(w4)에 비해 짧은 기간이다.
상기 비인가기간이 길어질수록 상기 전기변색소자(200)의 상태변화가 커질 수 있다. 즉, 상기 비인가기간이 길어질수록 자연변색정도가 커질 수 있다. 상기 비인가기간이 길어질수록 현재 전기변색소자(200)에 차징된 전압과 구동전압의 차이가 커지므로 상기 유지단계에서의 임계시간 증가할 수 있다. 상기 인가기간은 임계시간보다 길어야 하므로, 상기 비인가기간이 길수록 상기 인가기간이 길어질 수 있다.
즉, 도 25a의 비인가기간은 도25b의 비인가기간보다 짧으므로, 도 25a의 인가기간을 도 25b의 인가기간보다 짧게 설정함으로써 소비전력을 저감할 수 있고, 전기변색소자(200)의 변색정도를 균질하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
다시 말해, 도 25a의 제2 기간(w2)이 도 25b의 제4 기간(w4)보다 짧으므로, 도 25a의 제3 기간(w3)을 도 25b의 제5 기간(w5)보다 짧게 설정함으로써 소비전력을 저감할 수 있고, 전기변색소자(200)의 변색정도를 균질하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 유지단계에서 듀티 사이클은 인가기간과 비인가기간의 합과 인가기안의 비를 의미하므로, 상기 듀티 사이클은 대응되도록 유지될 수 있다. 다만, 인가단계에서의 구동전압의 크기가 커지면 듀티 사이클도 상승시켜 변색정도를 균질하게 유지시킬 수 있다.
상기 제1 기간(w1)은 상기 제3 시간(w3)과 같거나, 상기 제1 기간(w1)은 상기 제3 기간(w3)보다 길수 있다. 상기 비인가기간인 제2 기간(w2)이 무한대로 길어져, 자연변색이 진행되어 상기 전기변색소자(100)가 초기상태로 돌아갔다면, 상기 제1 기간(w1)은 상기 제3 기간(w3)과 동일할 수 있다. 그렇지 않은 경우에는 상기 제1 기간(w1)은 제3 기간(w3)보다 길 수 있다. 이 경우 제3 기간(w3)을 제1 기간(w1)보다 짧게 설정하여 소비전력을 줄일 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100: 제어모듈
110: 제어부
120: 전원 변환부
130: 출력부
140: 저장부
200: 전기변색소자
210: 제1 전극
220: 전기변색층
230: 전해질층
240: 이온저장층
250: 제2 전극

Claims (28)

  1. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및
    상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며,
    상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 제1 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제1 임계시간이며,
    상기 전기변색소자에 제2 전압이 인가되어 제2 상태로 변색되는 경우 상기 임계시간은 제2 임계시간인 전기변색장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자가 제1 상태로 변색되는 경우 초기상태와 상기 전기변색소자가 제2 상태로 변색되는 경우 초기상태는 제3 상태로 동일한 전기변색장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 임계시간은 상기 제3 상태에 의해 변경되는 전기변색장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 상태와 상기 제1 상태의 투과율 차이가 작아지면 상기 제1 임계시간은 줄어드는 전기변색장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임계시간은 온도에 의해 변경되는 전기변색장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자는 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 컨택영역을 포함하고,
    상기 전기변색소자는 상기 컨택영역과 인접하는 영역부터 투과율이 변경되는 전기변색장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자에 임계시간 동안 전압이 인가되는 경우 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율은 편차를 가지는 전기변색장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율의 편차는 상기 제1 전극 및 제2 전극 중 어느 하나의 전극의 면저항에 비례하는 전기변색장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 큰 전기변색장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 임계시간은 상기 제1 임계시간에 비해 긴시간인 전기변색장치.
  11. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및
    상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태 또는 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 하는 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 전압을 인가하며,
    상기 제어부는 상기 제1 상태로 변경시키는 경우 제1 인가시간동안 전압을 인가하고, 상기 제2 상태로 변색시키는 경우 제2 인가시간동안 전압을 인가하는 전기변색장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간과 상이한 전기변색장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간에 비해 긴 시간인 전기변색장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 인가시간과 상기 제2 인가시간은 동일한 전기변색장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 인가시간과 상기 제2 인가시간은 상기 전기변색소자의 면적에 따라 설정되는 전기변색소자.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제2 상태가 최고 투과율을 가지는 상태인 경우 상기 전기변색소자가 변경될 수 있는 모든 상태로 변경시 제2 인가시간동안 전압을 인가하는 전기변색장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기변색소자의 현재상태에 기초하여 변색시 인가시간을 결정하는 전기변색장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기변색소자를 현재상태로 변경될 때 인가되었던 전압에 기초하여 상기 전기변색소자의 현재상태를 판단하는 전기변색장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전기변색소자를 현재상태로 변경될 때 인가되었던 전압이 저장된 저장부를 포함하는 전기변색장치.
  20. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및
    상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 임계시간동안 전압이 인가되며,
    상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 상기 제1 상태의 전기변색소자가 상기 제3 상태로 변색되는 경우의 임계시간은 제1 임계시간이며,
    상기 전기변색소자에 제1 전압이 인가되어 상기 제2 상태의 전기변색소자가 상기 제3 상태로 변색되는 경우의 임계시간은 제2 임계시간이며,
    상기 제1 임계시간과 상기 제2 임계시간은 서로 상이한 전기변색장치.
  21. 제9항에 있어서,
    상기 제1 임계시간은 상기 제2 임계시간에 비해 긴 시간인 전기변색장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 임계시간은 상기 제1 상태와 제3 상태의 투과율 차이에 의해 결정되고,
    상기 제2 임계시간은 상기 제1 상태와 제2 상태의 투과율 차이에 의해 결정되는 전기변색장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제1 임계시간은 상기 전기변색소자가 제1 상태로 변경될 때 인가되었던 전압과 상기 제1 전압의 차이에 의해 결정되고,
    상기 제2 임계시간은 상기 전기변색소자가 제2 상태로 변경될 때 인가되었던 전압과 상기 제1 전압의 차이에 의해 결정되는 전기변색장치.
  24. 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 전기변색층 및 상기 전기변색층과 상기 제2 전극 사이에 배치되는 이온저장층을 포함하는 전기변색소자; 및
    상기 전기변색소자에 전원을 인가하여 상기 전기변색소자 내부의 적어도 하나의 이온을 이동시켜 적어도 제1 투과율을 가지는 제1 상태, 상기 제1 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제2 투과율을 가지는 제2 상태 또는 상기 제2 투과율에 비해 큰 값을 가지는 제3 상태로 변경되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 전기변색소자는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 영역의 투과율과 제2 영역의 투과율이 대응되도록 적어도 임계시간만큼인 인가시간동안 전압을 인가하며,
    상기 제어부는 상기 제1 상태의 전기변색소자를 상기 제3 상태로 변경시키는 위해 제1 인가시간동안 전압을 인가하고,
    상기 제어부는 상기 제2 상태의 전기변색소자를 상기 제3 상태로 변경시키기 위해 제2 인가시간동안 전압을 인가하는 전기변색장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제2 인가시간은 상기 제1 인가시간보다 짧은 시간인 전기변색장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 인가시간동안 인가되는 전압과 상기 제2 인가시간동안 인가되는 전압의 크기는 동일한 전기변색장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 제1 상태가 최저 투과율을 가지는 상태이고, 상기 제3 상태가 최고투과율을 가지는 상태인 경우,
    상기 제어부에서 출력되는 전압은 모두 제1 인가시간 동안 출력되는 전기변색장치.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1 상태와 상기 제2 상태의 투과율 차이에 기초하여 제1 인가시간을 결정하고,
    상기 제어부는 상기 제1 상태와 상기 제3 상태의 투과율 차이에 기초하여 제2 인가시간을 결정하는 전기변색장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102407472B1 (ko) * 2020-12-04 2022-06-10 에스케이씨 주식회사 복수 전기 변색소자의 광 투과율 제어 방법 및 시스템

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030073121A (ko) * 2002-03-08 2003-09-19 주식회사 엘지이아이 전기변색물질을 이용한 스마트 윈도우 및 그 제조방법
KR20050092607A (ko) * 2004-03-16 2005-09-22 주식회사 엘지화학 전기 변색 소자의 구동 회로
KR20060053111A (ko) * 2004-11-11 2006-05-19 주식회사 엘지화학 정보표시가 가능한 전기변색 거울 또는 창
KR20060101210A (ko) * 2005-03-16 2006-09-22 주식회사 엘지화학 ＥＣＤ(Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ) 제어방법 및 장치
KR20080022319A (ko) * 2006-09-06 2008-03-11 주식회사 엘지화학 전기변색 소자 구동 장치 및 그 제어 방법
KR101535100B1 (ko) * 2015-01-19 2015-07-09 준영 허 전기변색 스마트 윈도우 및 그 제조 방법
JP2015143826A (ja) * 2013-12-26 2015-08-06 キヤノン株式会社 エレクトロクロミック素子の駆動装置、エレクトロクロミック素子を有する、エレクトロクロミック装置、光学フィルタ、撮像装置、レンズユニット、窓材、およびエレクトロクロミック素子の駆動方法
KR20160079174A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 전자부품연구원 전기변색-열변색 하이브리드 소자

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030073121A (ko) * 2002-03-08 2003-09-19 주식회사 엘지이아이 전기변색물질을 이용한 스마트 윈도우 및 그 제조방법
KR20050092607A (ko) * 2004-03-16 2005-09-22 주식회사 엘지화학 전기 변색 소자의 구동 회로
KR20060053111A (ko) * 2004-11-11 2006-05-19 주식회사 엘지화학 정보표시가 가능한 전기변색 거울 또는 창
KR20060101210A (ko) * 2005-03-16 2006-09-22 주식회사 엘지화학 ＥＣＤ(Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｃｈｒｏｍｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ) 제어방법 및 장치
KR20080022319A (ko) * 2006-09-06 2008-03-11 주식회사 엘지화학 전기변색 소자 구동 장치 및 그 제어 방법
JP2015143826A (ja) * 2013-12-26 2015-08-06 キヤノン株式会社 エレクトロクロミック素子の駆動装置、エレクトロクロミック素子を有する、エレクトロクロミック装置、光学フィルタ、撮像装置、レンズユニット、窓材、およびエレクトロクロミック素子の駆動方法
KR20160079174A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 전자부품연구원 전기변색-열변색 하이브리드 소자
KR101535100B1 (ko) * 2015-01-19 2015-07-09 준영 허 전기변색 스마트 윈도우 및 그 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102407472B1 (ko) * 2020-12-04 2022-06-10 에스케이씨 주식회사 복수 전기 변색소자의 광 투과율 제어 방법 및 시스템

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