KR20240048523A - 온도 의존적 스위칭 동작을 갖고 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛 - Google Patents

온도 의존적 스위칭 동작을 갖고 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛 Download PDF

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KR20240048523A
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switching
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카를 말라쵸우스키
리챠드 스텔져
아딜 자아파르
회이씽 장
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛에 관한 것으로서, 상기 글레이징 유닛은
- 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 기능소자(4)를 갖는 적층 판유리(100)와
- 기능소자(4)에 전기적으로 연결된 제어장치(10)를 포함하며,
제어장치(10)는 소정의 온도 범위 내의 각 온도에 전압 램프를 할당하는 데이터 세트 또는 프로그래밍된 함수를 가지며, 제어장치(10)는,
- 온도를 확인하고,
- 확인된 온도에 근거하여 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 또는 프로그래밍된 함수에 의해 전압 램프를 계산하고, 및
- 선택되거나 계산된 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자(4)에 인가하는 데에 적합하다.

Description

온도 의존적 스위칭 동작을 갖고 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛
본 발명은 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛, 그 용도 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛은 공지되어 있다. 이러한 글레이징 유닛은 인가된 전압에 의해 광학특성이 변화될 수 있는 기능소자를 구비한 적층 판유리로 구성된다. 전압은 활성층이 사이에 배치되는 두 개의 평면전극에 제어장치를 연결하여 인가된다. 이러한 기능소자는 EP0876608B1 및 WO2011/033313A1등에 공지된 SPD 기능소자(부유입자장치)이다. SPD 기능소자는 전압을 인가하여 가시광선이 투과되는 것을 제어할 수 있다. 또 다른 예는 예를 들어 DE102008026339A1에 공지된 PDLC 기능소자(폴리머분산액정)이다. 활성층에는 폴리머 매트릭스에 매립된 액정이 포함되어 있다. 전압이 인가되지 않으면 액정이 무질서하게 정렬되어 활성층을 통과하는 빛이 강하게 산란된다. 평면전극에 전압을 인가하면 액정이 공통 방향으로 배열되어 활성층을 통과하는 빛의 투과율이 높아진다. PDLC 기능소자는 전체 투과율을 줄이는 대신 주로 산란을 증가시켜 작동하므로, 그 결과 선명한 시야를 방지하거나 눈부심 방지 기능을 보장할 수 있다. 전기변색 기능소자는 예를 들어 US20120026573A1, WO2010/147494A1 및 EP1862849A1 및 WO2012/007334A1에 공지되어 있으며, 투과율 변화는 인가된 전압에 의해 유도되는 전기화학적 공정의 결과이다.
이러한 글레이징 유닛은 예를 들어 차량 창유리로 사용될 수 있으며, 창유리의 광투과 거동은 전기적으로 제어될 수 있다. 이러한 글레이징 유닛은 예를 들어 직사광선이나 심한 반사에 노출되는 것을 줄이기 위해 지붕 패널로 사용할 수 있다. 이러한 지붕 패널은 예를 들어 DE10043141A1 및 EP3456913A에 공지되어 있다. 자동차에서 기계적으로 접을 수 있는 기존의 선스크린을 대체하기 위해서 전환가능한 기능소자에 의해 전기적으로 제어할수 있는 선스크린을 구현한 앞유리도 제안되었다. 전기적으로 제어할 수 있는 선스크린을 갖춘 앞유리는 예를 들어 DE 102013001334A1, DE102005049081B3, DE102005007427A1 및 DE102007027296A1에 공지되어 있다.
또한, 이러한 글레이징 유닛 또는 전환할 수 있는 기능소자에 광학적 특성이 서로 독립적으로 전환될 수 있는 복수의 세그먼트가 구비되어 있는 것도 공지되어 있다. 예를 들어, 기능소자의 한 영역을 선택적으로 어두워지게 하거나 또는 높은 수준으로 광이 산란되게 하고, 다른 영역은 투명하게 유지할 수 있다. 독립적인 세그먼트를 갖는 글레이징 유닛 및 그 제조 방법은 예를 들어 WO2014072137A1에 공지되어 있다. WO2017157626A1도 참조된다.
개별 세그먼트에 전압을 인가해서 광학특성을 제어할 수 있다. 따라서, 무작위로 임의의 순서로 또는 외부 세그먼트에서 내부 세그먼트 방향으로 어두워지게하거나 불투명하게 또는 투명하게 전환될 수 있는 애니메이션 방식도 가능하다. 그러나 기능소자의 광학특성은 온도에 따라 달라진다. 예를 들어, 50℃ 이상의 고온은 평면전극의 전기 저항을 크게 증가시킬 수 있다. 고온에 있는 특정 세그먼트에 전압을 가하면 스위치가 꺼진 세그먼트 근처에 전기장이 생성된다. 그 경우 그러한 세그먼트는 특정 전압이 가해졌기 때문이 아니라 생성된 전기장으로 인해 광학적 상태가 바뀐다.
기능소자가 아주 낮은 온도, 예를 들어 0℃ 미만에서 작동될 때 또 다른 광학적 문제가 발생한다. 이 경우 기능소자의 스위칭 시간이 크게 늘어날 수 있다. 두 광학 상태 사이의 변화 시간은 일반적으로 1초 미만이지만, 저온에서는 한 광학 상태에서 다른 광학 상태로 변경이 완료되기까지 몇 분이 걸릴 수 있다. 결과적으로, 기능소자를 알지 못하는 사용자는 기능소자가 제대로 작동하지 않는 것으로 생각한다. 이 문제에 대한 한 가지 해결책이 WO2019111235A1에 개시되어 있다. 온도가 지나치게 낮을 때 기능소자를 가열하는 가열코팅을 사용해서 스위칭 시간을 일정하게 유지할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 전기적으로 작동하는 가열코팅을 사용해야 한다. 따라서 추가 공간을 사용할 수 있어야 하며 추가 전기 공급이 보장되어야 한다. WO9837453A1은 가능한 가장 빠르게 색상이 변화될 수 있게 하기 위하여 온도 변화에 따라 전기변색소자에 전압이 인가되는 전기변색소자를 개시한다. 온도는 바람직하게는 전기변색 기능소자 내에서 직접 측정하는 온도 감지 장치에 의하여 확인된다. 온도 의존적 전압(temperature-dependent voltage)은 기능소자의 색상을 변화하기 위해 온도 독립적(temperature-independent)이고 바람직하게는 선형 전압 램프(linear voltage ramp)에 의해 전기변색 기능소자에 인가된다.
전기적으로 제어할 수 있는 광학특성의 스위칭 거동(switching behavior)이 개선된 글레이징 유닛이 필요하다. 본 발명의 목적은 개선된 글레이징 유닛 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛에 의한 본 발명에 따라 달성된다. 글레이징 유닛은
- 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 기능소자를 갖는 적층 판유리 및
- 기능소자에 전기적으로 연결된 제어장치를 포함한다.
제어장치에는 소정의 온도 범위 내의 각 온도에 전압 램프(voltage ramp)를 할당하는 데이터 세트 또는 프로그래밍된 함수가 있다. 제어장치는,
- 기능소자의 온도를 확인하고,
- 확인된 온도에 근거하여 데이터 세트(data set)에서 전압 램프를 선택하거나 또는 프로그래밍된 함수에 의해 전압 램프를 계산하고, 및
- 선택되거나 계산된 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자에 인가하는 데에 적합하다.
본 발명의 목적은 또한 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛을 제어하는 방법에 의해 달성될 수도 있다. 상기 방법은 제어장치가,
(a) 기능소자의 온도를 확인하고,
(b) 확인된 온도를 근거로 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 또는 프로그래밍된 함수를 통해 전압 램프를 계산하고, 및
(c) 선택되거나 계산된 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자에 인가하는 것을 특징으로 한다.
글레이징 유닛 및 상기 방법은 이하에서 함께 설명되며, 설명 및 바람직한 실시예는 글레이징 유닛 및 방법에 동일하게 관련된다. 본 방법과 관련하여 바람직한 특징이 기술된 경우, 이는 글레이징 유닛이 바람직하게 설계되고 따라서 이에 적합하다는 것을 의미한다. 반면, 글레이징 유닛과 관련하여 바람직한 특징이 기술된다면, 이는 본 방법이 따라서 바람직하게 수행된다는 것을 의미한다. 글레이징 유닛은 차량이나 건물에 사용하도록 고안되었다. 적층 판유리는 창문을 개방할 때(특히 차량 창문을 개방할 때, 또는 건물이나 방의 창문을 개방할 때) 내부 공간을 외부 환경과 분리하기 위해 제공된다.
본 발명은 전기적으로 제어할 수 있는 일반적인 기능소자의 스위칭 동작이 온도에 따라 달라진다는 지식에 기초한다. 온도를 확인하고 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 프로그래밍된 함수을 통해 전압 램프를 계산함으로써 스위칭 동작을 온도에 맞게 조정할 수 있다. 두 스위칭 상태 간 변경 시간은 온도에 따라 달라지므로 두 스위칭 상태 간 변경이 발생하기 전에 기능소자의 온도에 따라 몇 분이 걸릴 수 있지만 1초 미만이 걸릴 수도 있다. 본 발명에 따르면, 전압이 기능소자에 단계적으로 인가되는 전압 램프는 기능소자의 온도의 함수로서 글레이징 유닛에 의해 계산되거나 선택될 수 있으며, 이로써 두 스위칭 상태 사이가 변경되는 시간이 빨라지거나 느려질 수 있다.
"정의된 온도 범위"는 데이터 세트에 저장되거나 프로그래밍된 함수의 정의역을 구성하는 온도 간격이며 기능소자를 사용하기 전에 정의해야 한다.
정의된 온도 범위는 바람직하게는 -30℃ 내지 120℃, 특히 바람직하게는 -25℃ 내지 100℃, 특히 -20℃ 내지 100℃이다. 이러한 온도 범위에서 두 스위칭 상태 사이를 변경하는 데 필요한 시간은 특히 온도에 따라 다르다. 이러한 온도 범위는 자연 환경(즉, 단순한 실험실 조건이나 예외적인 조건이 아님)에서 발생하는 일반적인 온도 범위이기도 하다.
본 발명의 의미에서, "전압을 인가한다"는 것은 제어장치에 의해 전압이 인가되는 스위칭 상태에서 전압이 가해지지 않는(voltage-free) 스위칭 상태로 변경될 수 있다는 것도 의미한다. 전압이 가해지지 않는 상태는 또한 예를 들어 전기변색 기능소자에서 전압의 평형 상태를 나타내기도 한다. 따라서 무전압이란 전압원에 의해 전압이 인가되지 않음을 의미한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 기능소자는 서로 다른 광학특성을 갖는 적어도 2개의 스위칭 상태를 포함하고, 2개의 스위칭 상태 사이의 변경을 위해 온도 의존적 스위칭 시간이 필요하다. 결과적으로, 필요로 하는 가장 긴 스위칭 시간에 해당하는 시간 tmax를 갖는 온도는 임의의 온도 범위에 존재한다.
상기 제어장치에 의해 확인된 온도에 기초하여 선택되거나 계산된 각 전압 램프는 tmax보다 크거나 같은 스위칭 시간 tswitch를 초래하므로, 기능소자에 전압이 인가될 때 스위칭 시간 tswitch가 발생한다.
즉, 어떤 온도 범위 내에서 가장 낮은 스위칭 속도인, 온도 의존적 스위칭 속도 Vmin을 갖는 온도가 임의의 온도 범위(arbitary temperature range)에 존재한다. 제어장치는 소정의 온도 범위의 각 온도에 Vmin 이하의 스위칭 속도 Vswitch를 발생시키는 전압 램프를 할당하는 데이터 세트 또는 프로그래밍된 함수을 갖고 있다. 이 경우 제어장치는
(a) 기능소자의 온도를 확인하고
(b) 확인된 온도를 기반으로 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 또는 프로그래밍된 함수에 의해 전압 램프를 계산하여 기능소자에 전압이 인가될 때 스위칭 속도 Vswitch가 발생하고
(c) 적어도 두 개의 스위칭 상태 사이에 변화가 발생하도록 기능소자에 상기 전압 램프를 갖는 전압을 인가한다.
본 발명의 맥락에서, "임의의 온도 범위"라는 표현은 바람직하게는 고려되는 각 온도 간격에 대해 다른 일정한 조건(전압 램프, 압력, 습도 등)하에서 두 스위칭 상태 사이의 변화에 tmax 시간을 요하는 최소 하나의 온도가 존재한다는 것을 의미한다. 따라서 예를 들어 -20℃ 내지 50℃의 온도 또는 0℃ 내지 100℃의 온도가 임의의 온도 범위에서 고려되는지 여부는 관계없다. 이 두 온도 범위 각각은 tmax가 적용되는 최소 하나의 온도를 갖는다. "임의의 온도 범위"는 또한 최소 1℃에 걸쳐 확장되고, 바람직하게는 최소 2℃에 걸쳐 확장되고, 특히 최소 5℃에 걸쳐 확장되는 온도 범위를 의미한다. 따라서 임의의 온도 범위는 최소 1℃의 폭을 갖는다. 따라서 최소 1℃에 걸친 온도 범위는 예를 들어 150℃ 내지 151℃ 또는 예를 들어 -50℃ 내지 -51℃일 수 있다. 이는 반드시 0℃에서 1℃ 사이의 범위에만 국한되지 않는다.
"온도"("온도 값")는 정수가 아닌 숫자를 의미할 수도 있다. 바람직하게는, 어떤 온도 범위 내의 온도(온도 값)는 소수점 이하 10자리까지, 특히 바람직하게는 소수점 이하 5자리까지, 특히 소수점 이하 2자리까지 갖는 실수일 수 있다.
두 스위칭 상태를 스위칭하는데 필요한 시간은, 기능소자의 온도에 따라, 1초 미만에서 최대 몇 분이 될 수 있다. 이러한 가변적인 스위칭 동작은 그러한 기능소자를 갖는 글레이징 유닛의 사용자에게 바람직하지 않다. 기능소자의 이러한 온도 의존적 스위칭 시간으로 인해 비전문가 사용자는 글레이징 유닛이 제대로 작동하지 않는다는 느낌을 빨리 받게 된다. 이러한 인상은 사용자 경험을 악화시킬 수 있다. 이 문제는 제어장치가 데이터 세트 또는 프로그래밍된 함수를 가지고 있고 온도가 제어장치에 의해 확인되는 방식으로 해결될 수 있다. 데이터 세트는 소정의 온도 범위의 각 온도에 전압 램프를 할당한다. 프로그래밍된 함수는 적어도 정의된 온도 범위로 표시되는 정의역(domain)을 포함하며 온도에 의해 전압 램프(공역(codomain)의 전압 램프)를 계산한다. 이제 두 스위칭 상태 사이에서 변화가 일어나면 스위칭에 필요한 전압은 데이터 세트에서 선택되거나 또는 프로그래밍된 함수에 의해서 계산된 전압 램프를 갖는 전압으로 인가된다. 전압 램프는 두 스위칭 상태 사이의 변화가 스위칭 속도 Vswitch로 변화하도록 확인된 온도에 따라 선택된다. 두 개의 스위칭 상태 중 하나의 스위칭 상태에서 다른 스위칭 상태로 변경되는 시간은 tmax 또는 그 보다 더 긴 시간에 상응한다는 것은 말할 필요도 없다. 따라서 두 스위칭 상태 간 변경에 필요한 시간은 적어도 대부분의 스위칭 동작에 대해서, 즉 기술적으로 필요한 스위칭 시간이 tmax보다 작은 모든 스위칭 동작에 대해서 인위적으로 연장된다.
본 발명의 맥락에서, 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성은 특히 연속적으로 제어할 수 있는 특성을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명의 맥락에서, "기능소자가 변경할 수 있는 스위칭 상태"는 광학특성이 최소로 변화한 스위칭 상태(0% 스위칭 상태 또는 최소 스위칭 상태)에서 광학특성이 최대로 변화한 스위칭 상태(100% 스위칭 상태 또는 최대 스위칭 상태)에까지의 범위일 수 있는 스위칭 상태를 말한다. 상기의 두 가지 상태 사이에서 모든 스위칭 상태는 그에 따른 전압을 선택함으로써 연속적으로 만들어진다. 예를 들어 20%의 스위칭 상태는 최대 변화의 20%만큼 광학특성이 변화하는 것에 해당한다. 상기 광학특성은 특히 광투과 및/또는 산란 거동과 관련된다. 스위칭 상태 간 변화를 위한 스위칭 시간은 광학특성의 백분율 변화에 따라 달라질 수 있다. 이 변화의 차이는 바람직하게는 스위칭 시간에 정비례하므로, 예를 들어 0%의 스위칭 상태에서 80%의 스위칭 상태로의 변화는 바람직하게는 스위칭 상태를 0%에서 20%로 변경하는 시간보다 4배 더 오래 걸린다. 그러나 스위칭 상태 간 변경을 위한 스위칭 시간은 광학특성의 백분율 변화와 무관할 수도 있다.
그러나 원칙적으로는 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성은 두 개의 이산적스위칭 상태 사이에서만 전환될 수 있다는 것도 생각할 수 있다. 이 경우 두 가지 스위칭 상태, 즉 0%와 100%만 존재한다. 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 두 개 이상의 이산적 스위칭 상태 사이에서 전환할 수 있는 것도 생각할 수 있다.
AC 전압 또는 DC 전압이 기능소자에 인가될 수 있다. 기능소자가 PDLC 기능소자이거나 SPD 기능소자인 경우, 기능소자에 AC 전압이 인가된다. 기능소자가 전기변색 기능소자인 경우, 기능소자에 DC 전압이 인가된다.
기능소자가 전기변색 기능소자인 경우, 본 발명의 맥락에서 "전압 램프(voltage ramp)"는 V s-1 단위 시간에 대한 선형 전압 변화를 의미한다.
그러나 기능소자가 PDLC 또는 SPD 기능소자인 경우 전압 램프는 선형이 아니며 스위칭 상태의 원하는 광학특성으로 인해 발생하는 역함수를 통해 확인된다. 전압, 즉 AC 전압의 RMS 값과 기능소자의 광학특성 사이에는 비선형 일관성이 존재하므로 역함수를 사용하여 전압 램프를 결정한다. 역함수는 특히 기능소자의 스위칭 상태 설정 특성의 역함수일 수 있다. 즉, 특정 스위칭 상태에 도달하기 위해 전압(AC 전압의 RMS 값)이 기능소자에 단계적으로 적용되며, 전압은 기능소자의 유형에 따라, 및 투명한 스위칭 상태 또는 투명도가 더 낮은 스위칭 상태가 되었느냐의 여부에 따라 각 단계에서 감소하거나 증가한다. 전압은 바람직하게는 역함수에 의해 비선형적으로 단계적으로 증가한다. 역함수는 온도에 따라 달라지므로 전압 램프가 비선형인 경우 전압 램프는 프로그래밍된 함수의 일부가 되는 것이 바람직하다. 또는 최종 전압까지 단계적으로 적용되는 모든 전압 값은 정의된 온도 범위 내의 모든 온도에 대한 데이터 세트에 저장된다. 각 전압 값의 변화는 바람직하게는 최대 1초의 특정 기간 내에 발생한다.
프로그래밍된 함수는 온도, 현재 스위칭 상태 및 원하는 스위칭 상태의 함수로서 전압 램프를 포함한다. 따라서 VSwitch 또는 tSwitch에 필요한 전압 램프는 확인된 온도(예: 60℃)의 함수로서 제어장치에 의해 확인될 수 있으며 기능소자에 적용될 수 있다.
데이터 세트에서, 전압 램프가 선형인 경우 한 전압 램프 값은 각 온도 값에 할당되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 개별 점을 측정해서 파악하고 그 점들 사이에서 보간(interpolation)(예: 선형 보간)을 수행하여 데이터 세트를 생성할 수 있다. 그러나 원칙적으로 데이터 세트를 표로 만들 수 있는데, 이 경우 각각의 전압 램프는 특정 온도 영역(예: 1℃ ~ 2℃) 또는 개별 온도 값(예를 들어 정확히 1.0℃)에 할당된다. 후자는 모든 온도에 대해 측정된 값을 확인하는 것이 훨씬 더 복잡하기 때문에 덜 선호된다.
온도에 따른 스위칭 시간은, 투명도나 광투과율이 높은 스위칭 상태에서 투명도나 광투과율이 낮은 스위칭 상태(하강 스위칭 상태)로 전환하는 경우가, 투명도나 광투과율이 낮은 상태에서 투명도나 광투과율이 높은 스위칭 상태(상승 스위칭 상태)로 전환하는 경우보다 더 길어질 수 있다. 이는 예를 들어 투명도가 40%인 스위칭 상태에서 투명도가 70%인 스위칭 상태로 전환하는 것이 그 반대로 전환하는 것보다 더 짧은 스위칭 시간이 필요하다는 것을 의미한다. 따라서 스위칭 시간은 원하는 스위칭 상태의 방향에 따라 달라질 수 있다. 따라서 전압이 기능소자에 인가될 때 하강 스위칭 상태로 변경되는 경우와 상승 스위칭 상태로 변경되는 경우 모두에 대해 각각의 경우 스위칭 시간 tSwitch가 되도록 전압 램프를 선택하는 것이 바람직하다. 따라서 데이터 세트는 소정의 온도 범위 내에서 각 온도에 달리 할당된 전압 램프를 갖는 것이 바람직하다. 제어장치가 프로그래밍된 함수를 갖는 경우, 프로그래밍된 함수는 바람직하게는 상승 스위칭 상태로의 변경을 위한 함수와 하강 스위칭 상태로의 변경을 위한 함수를 포함한다.
일반적으로 온도에 따라 필요한 스위칭 시간 tmax는 10℃ 이상의 온도에서의 스위칭 시간에 비해 10℃ 미만의 온도에서의 스위칭 시간은 상당히 늘어난다. 일반적인 기능소자에서 한계 온도는 보통 약 10℃이다. 10℃ 미만의 온도는 특히 계절적으로 및 날씨와 연관되어 발생한다. 20℃ 온도에서 스위칭 시간 tmax는 일반적으로 0.5초 이하이다. 대조적으로, -10℃의 온도에서는 스위칭 시간 tmax가 일반적으로 5초 이상이다. 다양한 온도에 대한 시간 차이는 온도가 감소하면 증가할 수 있고 기능소자에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 적어도 두 개의 스위칭 상태는 더 높은 온도에서보다 더 낮은 온도에서 두 개의 스위칭 상태 사이를 변경하는데 필요한 시간이 더 길다.
바람직하게는, 기능소자는 적어도 2개의 개별 세그먼트로 분할되고, 각 세그먼트는 제어장치에 전기적으로 연결되어 전압 램프를 갖는 전압이 서로 독립적으로 각 세그먼트에 인가될 수 있다. 기능소자는 2개 이상의 개별 세그먼트로 나누어질 수 있다. 기능소자는 특히 바람직하게는 3개 이상의 개별 세그먼트, 매우 특히 바람직하게는 5개 이상, 특히 10개 이상의 개별 세그먼트로 나뉘어진다. 다양한 세그먼트로 분할하면 수요에 따라 기능소자를 제어할 수 있다. 사용자는 독립적으로 제어할 수 있는 세그먼트를 이용하여 글레이징 유닛의 어느 영역을 투명하게 할지, 어둡게 할지, 불투명하게 할지 또는 높은 광산란(반투명도)을 제공할지를 정의할 수 있다. 예를 들어 글레이징 유닛이 차량의 지붕 판유리로 사용되는 경우 개별 세그먼트를 선택적으로 제어하여 태양의 위치에 따라 차량 내부의 과도한 가열을 방지할 수 있다. 각 차량 탑승자, 즉 운전자, 앞좌석 승객, 왼쪽 뒷좌석 승객, 오른쪽 뒷좌석 승객에게 각각의 세그먼트가 그들 위에 할당되게 하는 것도 가능하다.
본 발명의 특정 일 실시예에서, 기능소자는 애니메이션 방식으로 제어되는데, 이 경우 전압은 최소 두 개의 분리된 세그먼트 중 첫 번째 세그먼트에 먼저 인가되고, 스위칭 시간 tSwitch 이후에서야 최소 두 개의 분리된 세그먼트 중 추가 세그먼트에 전압이 마찬가지로 인가된다. 따라서 추가 세그먼트는 첫 번째 세그먼트가 다른 스위칭 상태로 전환되는 동작이 완료된 후에만 변경된다. 전압은 이전 스위칭 동작이 완료된 후 즉시 추가 세그먼트에 인가되는 것이 바람직하다. 여기서, "즉시"는 바람직하게는 1초 이하, 특히 바람직하게는 0.5초 이하, 특히 0.1초 이하의 시간을 의미한다. 이 경우, 적어도 두 개의 개별 세그먼트는 동일한 스위칭 상태로 변경되는 것이 바람직하다. 다른 애니메이션 방식도 가능하다. 기능소자가 두 개 이상의 세그먼트로 분할되는 경우, 서로 인접한 세그먼트는 위에서 설명한 방식으로 연속적으로 스위칭될 수 있으며, 여기서 "스위칭"이란 하나의 스위칭 상태에서 다른 스위칭 상태로 전환되는 것을 의미한다. 그러나 첫 번째 외부 세그먼트를 전환한 다음 인접한 내부 세그먼트를 연속적으로 전환하는 것도 가능하다. 당연히 반대 순서도 가능하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 기능소자는 또 다른 애니메이션 방식으로 사용되는데, 이 경우 전압은 적어도 두 개 세그먼트의 모든 세그먼트에 동시에 인가되어 적어도 두 개 세그먼트의 모든 세그먼트가 원하는 스위칭 상태로 동시에 변경된다. 대안적으로, 스위칭 상태를 변경하기 위한 전압은 작은 시간 차이로, 바람직하게는 최대 5초, 특히 바람직하게는 최대 1초의 차이로 적어도 두 개 세그먼트의 모든 세그먼트에 연속적으로 인가된다.
제어장치가 기능소자의 광학특성을 제어하기 위해 제공된다. 제어장치는 한편으로는 기능소자에 또는 선택적으로는 기능소자의 개별 세그먼트에, 다른 한편으로는 전압원에 전기 전도성으로 연결된다. 제어장치는 스위칭 상태에 따라 필요한 전압을 평면전극에 인가하는데 필요한 전기 및/또는 전자 부품을 포함하고 있다. 스위칭 상태는 사용자가 미리 정의할 수 있고(예: 스위치, 버튼 또는 회전식 또는 슬라이딩식 컨트롤러를 작동하여) 센서에 의해 결정될 수 있으며 및/또는 차량의 중앙 제어장치에서 디지털 인터페이스를 통해 전송될 수 있다(적층 판유리가 차량 창유리인 경우 일반적으로 LIN 버스 또는 CAN 버스). 적층 판유리가 차량 창유리인 경우 스위치, 버튼, 회전식 또는 슬라이딩식 컨트롤러는 예를 들면 차량 대시보드에 통합될 수 있다. 그러나 터치 센서는, 예를 들면 정전식 또는 저항성 센서는 적층 판유리에 직접 통합될 수도 있다. 대안적으로, 기능소자는 비접촉식 방법으로, 예를 들어 제스처를 인식하는 것에 의한다거나 또는 카메라 및 적절한 전자평가장치에 의해 파악된 동공 또는 눈꺼풀의 상태에 따라 제어될 수도 있다. 제어장치는 예를 들어 전자 프로세서, 전압 변환기, 트랜지스터, 커패시터, 다이오드 및 기타 부품을 포함할 수 있다.
기능소자가 SPD 기능소자이거나 PDLC 기능소자인 경우, 기능소자에 인가되는 전압은 AC 전압이다. 기능소자가 전기변색 기능소자인 경우, 기능소자에 DC 전압이 인가된다.
기능소자는 PDLC 기능소자 또는 SPD 기능소자이지만, 전압원은 DC 전압원인 경우가 있다. 이러한 경우는 예를 들어, 차량에서 적층 판유리가 차량 판유리이고 온보드 전압에 연결된 경우에 생긴다. 제어장치는 바람직하게는 온보드 전기 시스템에 연결되고, 거기서 전압 및 선택적으로 설정될 스위칭 상태에 관한 정보를 얻는다. 이 경우 제어장치에는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하기 위해 적어도 하나의 인버터가 장착된다. 제1 실시예에서, 제어장치는 하나의 인버터를 가지며, 인버터는 선택적으로 기능소자의 세그먼트를 개별적으로 작동시키기 위한 복수의 독립적인 출력을 갖는 인버터의 출력 극(output pole)을 가지며, 각 세그먼트는 출력 중 하나에 연결된다. 따라서 각 세그먼트 또는 기능소자 전체가 인버터의 출력에 할당되어 전기적으로 연결된다. 개별 출력은 일반적으로 스위치에 의해 구현되며, 인버터는 이후에 전환되는 전압을 생성한다. 이러한 스위치는 인버터에 직접 통합될 수 있다. 그러나 엄밀히 말하면 대안적으로 인버터 자체가 단일 출력을 갖고 거기에 외부 스위치가 연결되어 기능소자의 세그먼트에 전압을 분배할 수도 있다. 본 발명의 의미에서, 외부에 연결된 이러한 스위치는 또한 인버터의 출력으로 간주된다. 제2 실시예에서 그리고 기능소자가 적어도 두 개의 세그먼트를 갖는 경우, 제어장치는 복수의 인버터를 포함하며, 이 경우 세그먼트를 별도로 동작하기 위해서 각 세그먼트는 별개의 인버터에 연결된다. 따라서 각 세그먼트는 인버터에 전기적으로 연결된다. 첫 번째 실시예는 비용 더욱 효율적이고 공간을 더욱 절약할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 첫 번째 실시예는 기능소자가 적어도 두 개의 세그먼트로 분할된 경우 해당 세그먼트를 그대로 디지털 방식으로만 광학적으로 제어할 수 있다는 단점이 있다. 세그먼트에는 서로 다른 유한 스위칭 상태가 제공될 수 없으며(말하자면 독립적으로 "디밍할 수 있는"), 이는 제2 실시예에서는 문제 없이 가능하다.
인버터(들)는 제어장치의 공급 전압과 관련하여 인버터의 음의 성분을 포함한 실제 AC 전압이 생성되게 작동될 수 있다. 그러나 차량에서와 같이 DC 전압원의 경우 음의 전위는 없기 때문에 이러한 방법은 기술적으로 비교적 복잡하다. 대안적으로 AC 전압을 시뮬레이션하는 것이 가능한데, 이러한 방법이 선호되곤 한다. 이 경우 제어장치에는 두 개의 인버터가 장착되며, 기능소자는 두 인버터에 전기적으로 연결된다. 인버터의 전위는 가변 함수, 예를 들어 사인 함수로 변조되며, 이 경우 제1 인버터의 전위는 하나의 위상에 있고 제2 인버터의 전위는 위상변이되는데, 특히 180°위상 변이된다. 그렇게 되면 첫 번째 인버터의 신호는 두 번째 인버터의 신호에 대해 인버팅된다. 따라서 상대적 양의 값과 상대적 음의 값이 교대로 발생하면서 시간적으로 가변적이고 주기적인 전위차가 생성되고, 이는 AC 전압에 상응한다. 기능소자가 적어도 두 개의 세그먼트로 분할되는 경우, 각 세그먼트는 각 세그먼트에 대해 AC 전압을 변조할 수 있도록 두 개의 서로 다른 인버터에 전기적으로 연결된다. "다른 인버터"는 각각의 인버터가 복수의 세그먼트에 연결될 수 없다는 것을 의미하진 않는다.
차량의 온보드 전압(예: 12~14V)은 일반적으로 기능소자를 광학적으로 완전하게 제어하는 데 충분하지 않다. 그렇기 때문에, 기능소자가 PDLC 기능소자인지, SPD 기능소자인지 또는 전기변색 기능소자인지에 관계없이, 제어장치는 공급 전압(1차 전압)을 높이는 데에 적합한, 즉 더 높은 2차 전압(예: 65V)으로 변환하는데 적합한 DC-DC 컨버터를 갖추는 것이 훨씬 더 바람직하다. 제어장치는 DC 전압원에 연결되어 있으며 DC 전압원은 1차 전압을 공급한다. DC-DC 컨버터는 1차 전압을 더 높은 2차 전압으로 변환한다. 유리한 실시예에서 2차 전압은 5V 내지 70V이고, AC 전압은 5V 내지 50V이다. 기능소자가 전기변색 기능소자가 아닌 경우, 2차 전압은 인버터에 의해 AC 전압(예를 들어, 48V)으로 변환된다.
본 발명에 따르면, 기능소자의 온도에 기초하여 전압이 인가되는 전압 램프를 선택하거나 계산하기 위해 기능소자의 온도를 확인한다. 이 경우 적층 판유리가 전체적으로 균일한 온도를 갖는다고 가정한다. 즉, 기능소자의 온도는 적층 판유리의 다른 영역의 온도와 일치한다(일반적으로, 적어도 대략적으로 그렇다). 따라서 적층 판유리의 온도를 확인하는 것은 적어도 대략적으로 기능소자의 온도를 확인하는 것과 같다.
유리한 일 실시예에서, 적층 판유리에는 온도 센서가 구비되어 있다. 온도 센서는 제어장치에 연결되어 있어서 제어장치는 온도 센서에 의해 적층 판유리의 온도와, 그러므로 기능소자의 온도를 확인할 수 있다. 온도 센서의 측정 신호는 제어장치로 전송되고 그곳에서 평가되어 제어장치는 온도 센서에 의해 적층 판유리의 온도를 확인한다. 온도 센서는 적층 판유리에 통합될 수 있다. 대안적으로, 온도 센서는 적층 판유리 외부에 고정되거나 배치될 수 있다. 바람직하게는, 온도 센서는 내부(예를 들어 차량 내부)를 향하는 적층 판유리의 표면에 고정된다. 온도 센서는 또한 제어장치 안에 또는 적층 판유리에 고정되는 제어장치의 고정부재 안에 배치될 수 있다. 원칙적으로, 적층 판유리에 직접 고정되지도 않고 그 안에 통합되지도 않지만 먼 거리에서 온도를 측정하는 온도 센서, 예를 들어 적층 판유리 근처에 배치되어 적층 판유리를 지향하는 IR 센서를 사용할 수도 있다.
추가의 유리한 일 실시예에서, 제어장치는 기능소자의 전기 임피던스를 확인하고 그럼으로써 기능소자의 온도를 확인하는 데 적합하다. 이는 임피던스(AC 전압의 경우 기존 옴저항에 해당)가 온도에 따라 달라지기 때문에 가능하다. 특히, 전기 임피던스의 실수부와 기능소자의 온도 사이에는 단사 함수 관계(injective relation)가 존재한다. 그래서 하나의 온도가 각각의 임피던스에 할당될 수 있다. 특히, 온도의 함수로서 임피던스의 실수부는 온도가 증가함에 따라 아주 단조롭게 감소한다. 실시예에서는 추가 부품으로 통합되어야 하기 때문에 구조를 복잡하게 하고 생산 비용을 증가시키는 온도 센서를 생략할 수 있다는 이점이 있다. 이러한 방법은 제어장치가 기능 소자의 임피던스를 확인하여, 그로부터 온도를 확인하거나 추정하는 방식으로 수행된다. 이를 위해 특히 전압이 인가되고 발생하는 전류를 확인한다. 임피던스는 전압과 전류의 몫으로 계산할 수 있다. 임피던스(보다 정확하게는 임피던스의 실수부)(온도의 함수로서의 임피던스 또는 임피던스의 함수로서의 온도)의 온도 의존성을 설명하는 임피던스 곡선 또는 임피던스 테이블과 같은 임피던스 데이터는 제어장치에 저장된다. 제어장치는 측정된 임피던스의 크기를 임피던스 데이터와 비교함으로써 대략적인 온도를 확인할 수 있다.
임피던스를 확인하기 위해, 특히 전력 소비 측정과 관련하여 다양한 실시예가 가능하다. 제어장치가 입력 DC 전압을 출력 AC 전압으로 변환하는 인버터를 최소 하나 포함하고 있는 경우, 인버터의 출력 전류가 측정된다. 여기서 문제는 이렇게 확인된 전류("피상 전류" 또는 "총 전류")는 두 가지 성분으로 이루어져 있다는 것이다. 즉 무효 전류(비유적으로 말하면 AC 전압이 전자(electron)를 "앞뒤로 밀어내어" 기능소자가 정전기적으로 작용하기 때문에 발생하는) 및 유효 전류(공급 라인과 기능소자에서의 기생 손실로 인해 발생하는)로 이루어져 있다는 것이다. 그러나 유효 전류만이 임피던스(보다 정확하게는 실수부)를 확인하는 데 중요하다. 제어장치는 총 전류에서 측정된 전류 유효분(유효 전류)을 계산하는데, 전압과 피상 전류 사이의 위상 변이를 확인함으로써 계산하게 된다.
기능소자가 PDLC 기능소자 또는 SPD 기능소자인 경우, 특히 바람직한 변형예에서의 임피던스는 인버터의 전류 소비를 측정해서 확인할 수 있다. 제어장치는 이것을 확인하기에 적합하다. 여기에는 DC 전압만 존재하므로 어떻든간에 인버터의 중간 회로 커패시터에 의해 흡수되지 않는 한 모든 무효 전류는 시간이 지남에 따라 평균적으로 사라진다. 인버터의 손실 계수를 고려하면 측정된 전류를 임피던스 확인을 위한 기초로 직접 사용할 수 있다. 또 다른 장점은 오류 감지(단락 및 과부하)를 위해 이 전류 측정이 자주 존재하며 추가 부품 비용을 절감할 수 있다는 것이다.
기능소자의 온도를 확인하기 위해 추정 알고리즘을 사용하는 것이 또한 가능하다. 추정 알고리즘은 바람직하게는 제어장치에 있고 거기서 실행된다. 기능소자의 온도는 하나 이상의 측정된 신호를 기반으로 추정된다. 온도 추정을 위한 신호는 바람직하게는 내부 온도, 외부 온도, 열복사(적외선, 2차 가열 및/또는 자외선) 및/또는 적층 판유리가 차량의 판유리로 사용되는 경우 이동 속도에 관한 측정 데이터일 수 있다. 신호는 일반적으로 차량에 있는 센서를 통해 측정되어 제어장치로 전송될 수 있다. 대안적으로, 센서는 특히 온도 추정을 위해 적층 판유리 부근에 배열될 수도 있다. 어떤 경우든 센서는 제어장치에 연결된다. 추정 알고리즘을 사용하면 측정된 신호를 기반으로 온도를 추정할 수 있다. 온도는 하나 이상의 신호의 함수이다. 따라서 신호는 정의역이고 온도는 공역이다. 기능소자의 온도는 기능소자가 PDLC 기능소자인지, SPD 기능소자인지 또는 전기변색 기능소자인지 여부에 관계없이 추정 알고리즘을 통해 확인할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 기능소자는 PDLC(폴리머분산액정) 기능소자이다. PDLC 기능소자는 폴리머 매트릭스에 매립된 액정을 포함하고 있다. PDLC 기능소자에 전압이 가해지지 않으면 액정이 무질서하게 정렬되어 활성층을 통과하는 빛이 강하게 산란된다(반투명도). 기능소자에 전압이 인가되면 액정이 공통 방향으로 정렬되어 기능소자를 통과하는 빛의 투과율이 높아진다(투명도). 그러나, 무전압 상태에서는 액정이 질서있게 존재하고, 전압을 인가하면 액정이 무질서하게 존재하는 경우도 있을 수 있다. 그러나, 광학특성이 액정에 기초하여 변하는 다른 기능소자, 예를 들어 PNLC(폴리머 네트워크 액정) 기능소자도 사용될 수 있다. PDLC 기능소자와 같은 기능소자와 관련하여 전압이 인가된다고 할 경우, 본 발명의 의미에서는 항상 AC 전압(순시 전압이 아닌 AC 전압의 RMS 값)을 의미한다.
추가의 바람직한 일 실시예에서, 기능소자는 SPD(부유입자장치) 기능소자이다. 이 경우 SPD 기능소자는 부유입자를 포함한다. 부유입자는 전압 인가로 인해 빛을 흡수하여 기능소자의 광학 상태를 변경한다. 따라서 SPD 기능소자는 투명 및 불투명 광학특성과 투명도와 불투명도 사이의 중간 단계를 갖는 스위칭 상태를 갖는다. SPD 기능소자와 같은 기능소자와 관련하여 전압을 인가한다고 할 경우, 본 발명의 의미에서는 항상 AC 전압(순시 전압이 아닌 AC 전압의 RMS 값)을 의미한다.
추가의 바람직한 일 실시예에서, 기능소자는 전기변색 기능소자이다. 이 경우 기능소자를 통한 가시광선의 투과는 이온의 매립 정도에 따라 달라진다. 이온은 예를 들어 이온 저장층에 의해 방출되고 전기변색층에 매립된다. 투과도는 기능소자에 인가되는 이온 이동을 유발하는 전압의 영향을 받을 수 있다. 적합한 전기변색층은 예를 들어 적어도 텅스텐산화물 또는 바나듐산화물을 함유한다. 기능소자가 전기변색 기능소자인 경우, 제어장치에는 인버터가 장착되지 않고 DC 전압이 기능소자에 인가되는 것이 바람직하다. 그러나 1V ~ 50V, 바람직하게는 10V ~ 42V 범위의 전압에 도달하기 위해서 DC-DC 컨버터는 필요에 따라 제어장치의 부품이 될 수 있다.
추가의 바람직한 일 실시예에서, 기능소자는 SPD 기능소자 또는 PDLC 기능소자이다. 기능소자의 스위칭 속도는 기능소자가 AC 전압에 의해 작동될 때 전압 램프에 따라 훨씬 더 나은 영향을 받을 수 있다. 특히, 기능소자는 PDLC 기능소자이다. 본 발명의 기술적 효과는 PDLC 기능소자에 대해 특히 유리하게 전개된다는 것이 실험 연구에서 밝혀졌다.
앞서 언급한, 제어할 수 있는 기능소자 및 그 작동 모드는 당업자에게 그 자체로 공지되어 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략할 수 있다.
적층 판유리는 바람직하게는 최소 하나의 외부 판유리와 하나의 내부 판유리를 포함하며 그것들은 열가소성 중간층에 의해 서로 연결되어 있다.
본 발명의 맥락에서, "내부 판유리"는 내부를 향하는 판유리를 지칭한다. "외부 판유리"는 외부 환경을 향하는 판유리를 말한다. 외부 판유리와 내부 판유리는 각각 외측 및 내측을 가지며 이 사이에서 연장되는 원주 측면 가장자리 표면을 갖는다. 본 발명의 맥락에서, "내부 판유리 및 외부 판유리의 외부 표면"은 설치된 위치에서 외부 환경을 향하도록 제공되는 주 표면을 의미한다. 본 발명의 맥락에서, "내부 판유리 및 외부 판유리의 내부 표면"은 설치된 위치에서 내부를 향하도록 제공되는 주 표면을 의미한다. 따라서 외부 판유리의 내부 표면과 내부 판유리의 외부 표면은 서로 대면하고 열가소성 중간층에 의해 서로 연결된다.
열가소성 중간층은 적층 판유리에서 일반적으로 행해지는 것처럼 내부 판유리와 외부 판유리를 연결하는 역할을 한다. 일반적으로 열가소성 필름이 사용되며, 중간층은 그것으로 형성된다. 바람직한 일 실시예에서, 중간층은 적어도 제1 열가소성층과 제2 열가소성층으로부터 형성되며, 그 사이에 기능소자가 배치된다. 그 다음, 기능소자는 제1 열가소성층의 영역을 통해 외부 판유리에 연결되고, 제2 열가소성층의 영역을 통해 내부 판유리에 연결된다. 열가소성층은 바람직하게는 기능소자를 넘어 원주방향으로 돌출된다. 열가소성층은 서로 직접 접촉하고 기능소자에 의해 서로 분리되지 않는 경우, 열가소성 중간층은 적층하는 동안 함께 병합되어 원래 층을 더 이상 식별할 수 없고 대신에 균질의 중간층이 존재하게 된다.
열가소성층은 예를 들어 단일 열가소성 필름에 의해 형성될 수 있다. 열가소성층은 또한 측면 가장자리가 서로 부착되어 있는 다양한 열가소성 필름의 부분으로 형성될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 기능소자, 더 정확하게는 기능소자의 측면 가장자리는 제3 열가소성층에 의해 원주 방향으로 둘러싸여 있다. 제3 열가소성층은 프레임 모양이고 기능소자가 삽입되는 오목부를 갖는다. 제3 열가소성층은 열가소성 필름에 의해 형성될 수 있으며, 그 안에 오목부가 절단에 의해 삽입된다. 대안적으로, 제3 열가소성층은 기능소자 주위에 복수의 필름 구획부로 구성될 수도 있다. 그러면 중간층은 하나가 다른 하나의 위에 편평하게 배열된 최소 총 3개의 열가소성층으로 형성되며, 중간층은 기능소자가 배열되는 오목부를 갖는다. 제조할 때, 제3 열가소성층은 제1 열가소성층과 제2 열가소성층 사이에 배열되며, 모든 열가소성층의 측면 가장자리는 바람직하게는 합동이다. 제3 열가소성층은 바람직하게는 기능소자의 두께와 대략 동일한 두께를 갖는다. 이는 국부적으로 제한된 기능소자에 의해 발생하는 국부적인 두께 차이를 보상하여 적층 중 유리 파손을 방지하고 시각적 외관을 향상시킬 수 있다.
중간층의 층은 바람직하게는 동일한 재료로 형성되지만, 원칙적으로는 다른 재료로 형성될 수도 있다. 중간층의 층 또는 필름은 바람직하게는 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 폴리우레탄(PU)을 기반으로 한다. 이는 층 또는 필름이 상기 재료을 주로(50 중량% 초과) 함유하고, 이외에 추가 구성성분, 예를 들어 가소제, 안정화제, UV 또는 IR 흡수제를 선택적으로 함유할 수 있음을 의미한다. 각 열가소성층의 두께는 바람직하게는 0.2mm 내지 2mm, 특히 바람직하게는 0.3mm 내지 1mm이다. 예를 들어 0.38mm 또는 0.76mm의 표준 두께 필름을 사용할 수 있다.
외부 판유리 및 내부 판유리는 바람직하게는 유리로 제조되고, 특히 바람직하게는 창유리에 대해 통상적인 소다석회유리로 제조된다. 그러나 판유리는 다른 유형의 유리(예: 석영유리, 붕규산염유리 또는 알루미노규산염유리) 또는 경질 투명 플라스틱, 예를 들면 폴리카보네이트 또는 폴리메틸 메타크릴레이트로 제조될 수도 있다. 판유리는 투명하거나 착색되거나 채색될 수 있다. 응용 분야에 따라 색조 또는 착색 정도에 한계가 설정될 수 있다. 예를 들어, 경우에 따라서는 규정된 광투과율이 보장되어야 한다. 예를 들어 유엔 유럽경제위원회(UN/ECE)의 규정 43(ECE-R43, "안전유리재료 및 차량에 설치 승인에 관한 단일 규정")에 따라 주 시야 영역(A)에서 최소 70%의 광투과율이 보장되어야 한다.
외부 판유리, 내부 판유리 및/또는 중간층은 그 자체로 공지된 적합한 코팅, 예를 들어 반사방지코팅, 비접착코팅, 긁힘방지코팅, 광촉매코팅, UV 흡수 또는 반사코팅 또는 태양광 보호 코팅 또는 low-E 코팅과 같은 IR-흡수 또는 반사 코팅을 가질 수 있다.
외부 판유리와 내부 판유리의 두께는 매우 다양하므로 개별 경우의 필요에 맞게 조정할 수 있다. 외부 판유리 및 내부 판유리는 바람직하게는 0.5mm 내지 5mm, 특히 바람직하게는 1mm 내지 3mm의 두께를 갖는다.
적층 판유리의 주변 가장자리 영역에 불투명 커버 인쇄(cover printing)를 할 수 있는데, 이는 차량 분야에서는 특히 앞유리, 후면창 및 지붕 판유리에 일반적으로 시행된다. 커버 인쇄는 전형적으로 유리 프릿 및 안료, 특히 흑색 안료를 포함하는 에나멜로 만든다. 인쇄 잉크는 전형적으로 스크린 인쇄 방법으로 도포하여 연소시킨다. 이러한 커버 인쇄는 판유리 표면 중 적어도 하나, 바람직하게는 외부 판유리 및/또는 내부 판유리의 내측 표면에 적용된다. 커버 인쇄는 바람직하게는 중앙의 투시 영역을 프레임 모양으로 둘러싸며, 특히 적층 판유리를 차체에 연결하는 접착제를 UV 복사선으로부터 보호하는 역할을 한다. 제어장치가 내부 판유리의 내부 표면에 부착되는 경우, 커버 인쇄의 불투명 영역에 부착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 적층 판유리는 광학특성을 전기적으로 제어할 수 있는 기능소자를 포함하며, 기능소자는 바람직하게는 외부 판유리와 내부 판유리 사이에 배열되며, 즉 중간층에 매립된다. 기능소자는 특히 바람직하게는 중간층을 구성하는 최소 두 개의 열가소성 재료 층 사이에 배열되며, 기능소자는 제1 층에 의해 외부 판유리에 연결되고 제2 층에 의해 내부 판유리에 연결된다. 그러나 대안적으로, 기능소자는 중간층을 향하는 외부 판유리 또는 내부 판유리의 표면에 직접적으로 배치될 수 도 있다. 바람직하게는, 기능소자의 측면 가장자리는 중간층에 의해 완전히 둘러싸여서, 기능소자가 적층 판유리의 측면 가장자리에까지 연장되지 않고, 따라서 주변 대기와 접촉하지 않는다.
온도 센서가 적층 판유리에 통합된다는 것은, 이는 본 발명의 의미에서 온도 센서가 외부 판유리와 내부 판유리 사이에 적층된다는 것을 의미한다. 온도 센서는 바람직하게는 중간층에 매립되고, 특히 바람직하게는 중간층을 구성하는 적어도 두 개의 열가소성 재료 층 사이에 배열된다. 바람직하게는, 온도 센서는 기능소자로부터 2 cm 이하, 특히 바람직하게는 1 cm 이하의 거리에 있도록 기능소자에 인접하여 배열된다.
특히 바람직한 일 실시예에서, 기능소자는 적어도 하나의 활성층과, 활성층의 양면에 배열된 제1 평면전극과 제2 평면전극을 포함하고 있어서 활성층이 제1 평면전극과 제2 평면전극 사이에 배열된다. 평면전극과 활성층은 일반적으로 외부 판유리와 내부 판유리의 표면에 실질적으로 평행하게 배열된다. 활성층은 평면전극을 통해 활성층에 인가되는 전압에 의해 제어될 수 있는 가변적인 광학특성을 갖는다. 따라서 바람직하게는 활성층은 PDLC 기능소자의 경우 중합체 매트릭스 내에 적어도 액정을, SPD 기능소자의 경우 적어도 부유 입자를, 그리고 전기변색 기능소자의 경우 적어도 이온 저장층 및 전기변색층을 포함한다.
제1 평면전극은 바람직하게는 격리선에 의해 서로 분리되는 적어도 2개의 전극 세그먼트를 갖는다. "격리선"이라는 용어는 평면전극의 재료가 존재하지 않아서 인접한 세그먼트가 물질적으로 서로 분리되어 전기적으로 서로 절연되는 선형 영역을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 전극 세그먼트 사이에 직접적인 전기적 연결이 없지만 전극 세그먼트는 전극 세그먼트와 접촉하는 활성층을 통해 전기 전도성 방식으로 어느 정도는 간접적으로 서로 연결될 수 있음을 의미한다. 제1 평면전극은 여러개의 격리선에 의해 여러개의 세그먼트로 세분화될 수 있다. 각 전극 세그먼트는 기능소자의 세그먼트를 나타낸다. 전극 세그먼트의 수는 원하는 기능소자의 세그먼트 수에 따라 자유롭게 선택할 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 격리선은 실질적으로 서로 평행하게 뻗어 있고 평면전극의 한 측면 에지로부터 반대측 에지까지 연장된다. 그러나 다른 기하학적 모양도 생각해 볼 수 있다. 기능소자의 전극 세그먼트를 형성하기 위해 격리선을 사용하는 것이 기능소자의 세그먼트를 생산하기 위한 비용 효율적이고 간단한 방법이다. 바람직하게는 제2 평면전극 및 활성층 각각은 일관되고 완전한 층을 형성한다.
격리선은 예를 들어 5μm 내지 500μm, 특히 20μm 내지 200μm의 폭을 갖는다. 격리선은 바람직하게는 레이저 조사선에 의해 평면전극에 도입된다. 세그먼트의 폭, 즉 인접한 격리선 사이의 거리는 개별 사례의 사양에 따라 당업자가 적절하게 선택할 수 있다.
특히 바람직한 일 실시예에서, 제2 평면전극은 제1 평면전극에 평행하게 연장되는 격리선을 갖고 있으므로, 제1 평면전극과 제2 평면전극 모두 적층 판유리를 관통해서 볼 때 합동으로 배열되는 적어도 두 개의 전극 세그먼트를 갖는다. 이러한 배열의 결과로, 기능소자의 세그먼트 사이의 소위 누화 효과(crosstalk effect)가 방지될 수 있다. 누화 효과란 실제로는 전압이 없어야 하지만 전압이 인가된 인접한 세그먼트로 인해 스위칭 상태가 변경되는 세그먼트의 스위칭 상태 변화를 나타낸다. 그러나 원칙적으로는 제2 평면전극이 제1 평면전극보다 덜 분할되는 것도 가능하다. 즉 더 적은 수의 격리선과 전극 세그먼트를 가져서 제1 평면전극 상의 복수의 전극 세그먼트가 제2 평면전극의 적어도 하나의 전극 세그먼트에 할당되는 것도 생각해볼 수 있다. 이렇게 하면 비용을 절약할 수 있다.
제1 평면전극의 전극 세그먼트는 서로 독립적으로 제어장치에 전기적으로 연결되어 제1 전위(AC 전압의 경우 시간에 따라 가변됨)가 각 전극 세그먼트에(다른 전극 세그먼트와는 독립적으로) 인가될 수 있다. 제2 평면전극도 마찬가지로 제어장치에 전기적으로 연결되어 전체적으로 제2 전위가 제2 평면전극에 인가될 수 있다. 따라서 전압 램프를 갖는 전압은 각 전극 세그먼트와 제2 평면전극 사이에 인가된다. 제2 평면전극이 마찬가지로 전극 세그먼트로 분할되는 경우, 제2 평면전극의 각 전극 세그먼트는 마찬가지로 서로 독립적으로 제어장치에 전기적으로 연결된다. 제1 전위와 제2 전위가 동일하면 각 세그먼트의 전극 사이에 전압이 인가되지 않는다(스위칭 상태 0%). 제1 전위와 제2 전위가 다른 경우, 각 세그먼트의 전극 사이에 전압이 인가되어 유한한 스위칭 상태가 생성된다. 전기변색 기능소자의 경우 0%의 스위칭 상태에서도 평형전압이 발생하여 제1 전위와 제2 전위가 동일하지 않을 수 있다. 그러나 이 평형전압에서는 전류가 거의 흐르지 않기 때문에 전압원으로부터 전압이 인가될 때만 스위칭 상태가 변화한다.
평면전극은 바람직하게는 투명하며, 이는 본 발명의 맥락에서 가시 스펙트럼 범위에서 광투과율이 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 특히 바람직하게는 80% 이상임을 의미한다. 평면전극은 바람직하게는 적어도 하나의 금속, 하나의 금속 합금 또는 하나의 투명 전도성산화물(TCO)을 포함한다. 평면전극은 예를 들어 은, 금, 구리, 니켈, 크롬, 텅스텐, 인듐주석산화물(ITO), 갈륨 도핑 또는 알루미늄 도핑 아연산화물 및/또는 불소 도핑 또는 안티몬 도핑된 산화주석을 기반으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 은 또는 ITO 기반으로 형성될 수 있다. 평면전극은 바람직하게는 10 nm 내지 2 μm, 특히 바람직하게는 20 nm 내지 1 μm, 매우 특히 바람직하게는 30 nm 내지 500 nm의 두께를 갖는다.
유리한 일 실시예에서, 기능소자는 활성층과 제1 및 제2 평면전극 외에 2개의 캐리어 필름을 포함하며, 이 경우 활성층과 평면전극은 바람직하게는 캐리어 필름 사이에 배열된다. 캐리어 필름은 바람직하게는 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 플루오르화 에틸렌 프로필렌, 폴리비닐 플루오라이드 또는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌을 기반으로 하는 열가소성 재료로 형성되며, 특히 바람직하게는 PET를 기반으로 한다. 캐리어 필름의 두께는 10~200μm인 것이 바람직하다. 이러한 기능소자는 유리하게는 다층 필름으로 제공될 수 있으며, 특히 상업적으로 구입하여 원하는 크기 및 모양으로 절단한 다음 바람직하게는 각 경우 외부 판유리와 내부 판유리가 있는 열가소성층을 이용하여 적층 판유리에 적층될 수 있다. 이러한 다층 필름에 매립된 경우에도 레이저 조사에 의해 제1 및/또는 제2 평면전극을 분할하는 것이 가능하다. 일반적으로 레이저 처리에 의해 얇고 시각적으로 눈에 띄지 않는 격리선을 캐리어 필름을 손상시키지 않고 생성할 수 있다.
기능소자의 주변 측면 가장자리는 예를 들어 캐리어 층을 녹이거나 테이프(바람직하게는 중합체성)에 의해 부분적으로 또는 완전히 밀봉될 수 있다. 따라서 그것이 있는 경우, 활성층은 특히 기능소자의 열화를 초래할 수 있는, 기능소자 내로 확산되는 중간층의 성분(특히 가소제)으로부터 보호될 수 있다.
기능소자 또는 세그먼트의 전기적 접촉을 위해, 기능소자는 적층 판유리의 측면 가장자리를 넘어 중간층 밖으로 연장되는 소위 평면 도체 또는 포일 도체에 연결되는 것이 바람직하다. 평면 도체는 전도성 코어로 띠 모양의 금속층을 갖고 있으며, 이 층은 접촉 표면을 제외하고 일반적으로 고분자 절연 외피로 둘러싸여 있다. 선택적으로, 소위 버스바, 예를 들어 전기 전도성 포일(예: 구리 포일)의 스트립(strip) 또는 전기 전도성 인쇄(printing)가 평면전극 위에 배열될 수 있으며, 평면 또는 포일 도체는 상기 버스바에 연결된다. 평면 또는 포일 도체는 직접적으로 또는 추가 도체를 통해 제어장치에 연결된다.
유리한 일 실시예에서, 제어장치는 적층 판유리의 내부 표면에, 바람직하게는 중간층으로부터 멀어지는 내부 판유리의 표면에 고정된다. 제어장치는 예를 들어 적층 판유리의 표면에 직접 접착될 수 있다. 유리한 일 실시예에서, 제어장치는 고정부재에 삽입되고, 고정 부재는 다시 바람직하게는 접착제층을 통해 적층 판유리의 내부 표면에 고정된다. 이러한 고정부재는 차량 분야에서 브래킷으로도 알려져 있으며 일반적으로 플라스틱으로 만들어진다. 적층 판유리에 제어장치를 직접 부착하면 적층 판유리의 전기적 연결이 용이해진다. 특히 제어장치와 기능소자 사이에는 긴 케이블을 필요로 하진 않는다.
그러나 대안적으로, 제어장치를 적층 판유리에 고정하지 않고, 예를 들어 차량의 전기 시스템에 통합하거나 또는 적층 판유리가 차량 판유리인 경우 차체에 고정하는 것도 가능하다. 제어장치는 바람직하게는 예를 들어 대시보드 내부에 또는 패널 뒤에서 눈에 띄지 않도록 차량 내부에 배치한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제어장치에 설치되는 컴퓨터 프로그램 제품으로 확장되며, 컴퓨터 프로그램 제품은,
- 기능소자의 온도를 확인하도록 제어장치에 명령하고, 이어서 제어장치은 기능소자의 온도를 확인하고,
- 확인된 온도를 기준으로 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 프로그래밍된 함수를 통해 전압 램프를 계산하고, 및
- 기능소자에 상기 전압 램프를 갖는 전압을 인가하도록 제어장치에 명령하고, 이어서 제어장치가 상기 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자에 인가하는는 데에 적합하다.
본 발명은 또한 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는, 본 발명에 따른 글레이징 유닛을 제어하는 방법으로 확장되며, 상기 제어 방법에서
(a) 제어장치는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 기능소자의 온도를 확인하고 이어서 온도를 확인하라는 명령을 받으며,
(b) 컴퓨터 프로그램 제품은 확인된 온도를 기준으로 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 프로그래밍된 함수를 통해 전압 램프를 계산하며, 그리고
(c) 제어장치는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 기능소자에 상기 전압 램프의 전압을 인가하고 이어서 상기 전압 램프의 전압을 인가하라는 명령을 받는다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 글레이징 유닛, 특히 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 적층 판유리를 건물 또는 지상, 항공 또는 해상 운송수단에서 운송수단, 특히 자동차의 창유리로서의 용도에 관한 것이다. 글레이징 유닛 또는 적층 판유리는 예를 들어 앞유리, 지붕 판유리, 후면 벽 판유리 또는 측면 판유리로 사용될 수 있다.
특히 바람직한 일 실시예에서, 글레이징 유닛 또는 적층 판유리는 차량의 앞유리이다. 이 경우 기능소자는 바람직하게는 전기적으로 제어할 수 있는 선스크린으로서 사용되며, 선스크린은 앞유리의 상부 영역에 배열되고 앞유리의 대부분 영역에는 기능소자가 제공되지 않는다. 선택적으로 존재하는 세그먼트는 바람직하게는 앞유리의 상부에지로부터 멀어져 가면서 배열되고, 앞유리의 상부에지와 실질적으로 평행하게 배열된다. 독립적으로 제어할 수 있는 세그먼트 덕분에 사용자는 태양의 위치에 따라, 태양으로 인한 눈부심을 방지하기 위해, 상부에지 인접영역에서 어둡게 한다거나 빛의 산란을 많이 할 영역의 범위를 정할 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예에서, 글레이징 유닛 또는 적층 판유리는 차량의 루프 패널이다. 이 경우 기능소자는 바람직하게는 적층 판유리의 전체 투시 영역에 배열된다. 전형적인 일 실시예에서, 이러한 투시 영역은 적층 판유리의 전체 표면에서 적층 판유리의 적어도 하나의 표면 위에 인쇄된 불투명 커버가 있는 주변 가장자리 영역을 뺀 적층 판유리 영역이다. 기능소자는 전체 투시 영역에 걸쳐 확장되며, 그 측면 가장자리는 불투명 커버 인쇄 영역이 배열되어 관찰자에게 보이지 않는다. 선택적으로 존재하는 세그먼트는 바람직하게는 지붕 판유리의 전방 가장자리(앞유리를 향하는 가장자리)와 실질적으로 평행하게, 전방 가장자리에서 멀어지는 방향으로 배열된다. 사용자는 독립적으로 제어할 수 있는 세그먼트를 이용하여, 예를 들어 태양의 위치에 따라, 차량 내부가 지나치게 가열되는 것을 피하기 위해, 지붕 판유리의 어느 부분이 투명해야 하는지, 어느 부분이 어두워져야 하는지, 또는 높은 빛 산란이 제공되어야 하는지 정의할 수 있다. 각 차량 탑승자, 즉 운전자, 앞좌석 승객, 왼쪽 뒷좌석 승객, 오른쪽 뒷좌석 승객 각각에게 별도의 세그먼트를 할당하는 것도 가능하다.
본 발명은 도면과 예시적인 실시예를 참조하여 더 자세히 설명된다. 도면은 개략적인 표현이므로 정확한 축척이 아니다. 도면은 어떤 방식으로든 본 발명을 제한하지 않는다. 표시되는 내용은 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 일 실시예의 평면도이고,
도 2는 도 1의 글레이징 유닛의 단면도이고,
도 3은 도 2의 Z 영역의 확대도이고,
도 4는 회로도에서 도 1의 기능소자이고,
도 5a는 23℃에서 스위칭 시간을 갖는 전기적으로 제어할 수 있는 일반 기능소자의 "스위치 온"한 다이어그램이고,
도 5b는 23℃에서 스위칭 시간을 갖는 전기적으로 제어할 수 있는 일반 기능소자의 "스위치 오프"한 다이어그램이고,
도 6a는 -20℃에서 스위칭 시간을 갖는 전기적으로 제어할 수 있는 일반 기능소자의 "스위치 온"한 다이어그램이고,
도 6b는 -20℃에서 스위칭 시간을 갖는 전기적으로 제어할 수 있는 일반 기능소자의 "스위치 오프"한 다이어그램이고,
도 7은 애니메이션 방식을 이용한 본 발명에 따른 방법을 나타낸다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 각각 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 본 발명에 따른 적층 판유리(100)의 세부사항을 도시한다. 도 1은 본 발명에 따른 적층 판유리(100)의 평면도를 나타내는 반면, 도 2는 단면선 X-X'에 따른 도 1에 도시된 적층 판유리의 단면도를 나타낸다. 도 3은 도 2의 단면도의 확대된 영역 Z를 도시한다. 적층 판유리(100)는 예시적으로 승용차의 지붕 판유리로 제공되며, 그 광투과율은 영역별로 전기적으로 제어될 수 있다. 적층 판유리(100)는 외부 판유리(1)와 내부 판유리(2)를 포함하며, 이들은 중간층(3)을 통해 서로 연결되어 있다. 외부 판유리(1)와 내부 판유리(2)는 소다석회 유리로 구성되며, 선택적으로 착색할 수 있다. 외부 판유리(1)는 예를 들어 2.1mm의 두께를 갖고, 내부 판유리(2)는 1.6mm의 두께를 갖는다.
중간층(3)은 총 3개의 열가소성층(3a, 3b, 3c)을 포함하며, 각각은 PVB로 만들어진 0.38mm 두께의 열가소성 필름으로 형성된다. 제1 열가소성층(3a)은 외부 판유리(1)에 연결되고, 제2 열가소성층(3b)은 내부 판유리(2)에 연결된다. 그 사이에 위치한 제3 열가소성층(3c)은 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 기능소자(4)가 실질적으로 정확하게 들어 맞게 삽입되어, 모든 면이 동일한 높이로 거의 같은 평면을 이루도록 삽입되는 절개부를 갖는다. 따라서 제3 열가소성층(3c)은 대략 0.4mm 두께의 기능소자(4)를 위한 일종의 마운트 또는 프레임을 형성하며, 이로써 기능소자는 열가소성 재료에 의해 캡슐로 싸여지게 되어 보호된다. 기능소자(4)는, 예를 들어 어둡고 불투명한(반투명) 0% 스위칭 상태에서 맑고 투명한 100% 스위칭 상태로 전환될 수 있는 PDLC 다층필름이다. 기능소자(4)는 제1 평면전극(8)과 제2 평면전극(9) 사이의 활성층(5)과 두 개의 캐리어 필름(6, 7)으로 구성된 다층필름이다. 제1 캐리어 필름(6)은 제1 평면전극(8)과 평면접촉을 하고, 제2 캐리어 필름(7)은 제2 평면전극(9)과 평면접촉을 한다. 활성층(5)은 액정이 분산된 폴리머 매트릭스를 포함하며, 액정은 평면전극(8, 9)에 인가되는 전압(AC 전압)에 따라 배열되며, 이를 통해 광학특성이 제어될 수 있다. 캐리어 필름(6, 7)은 PET로 만들어지며, 두께는 예를 들어 0.125mm이다. 캐리어 필름(6, 7)은 활성층(5)을 향하는 두께가 약 100 nm인 ITO로 코팅되어 있고, 평면전극(8, 9)을 형성한다. 평면전극(8, 9)은 버스바(도시되지 않음)(예를 들어 구리 포일 스트립으로 형성됨)를 통해 전기 케이블(14)에 연결되어 제어장치(10)에 전기적으로 연결된다.
이 제어장치(10)은 예를 들어 중간층(3)으로부터 멀어지는 내부 판유리(2)의 내부 표면에 부착된다. 이를 위해, 예를 들어 고정부재(미도시)가 내부 판유리(2)에 접착되며, 그 안에 제어장치(10)가 삽입된다. 그러나, 제어장치(10)가 반드시 적층 판유리(100)에 직접 부착될 필요는 없다. 대안적으로, 제어장치는 예를 들어 대시보드 또는 차체에 부착될 수 있고 또는 차량의 온보드 전기 시스템에 통합될 수 있다.
적층 판유리(100)에는 주변 가장자리 영역에 불투명 커버 인쇄(13)가 있다. 상기 커버 인쇄(13)는 전형적으로 흑색 에나멜로 형성된다. 커버 인쇄는 스크린 인쇄방식으로 흑색안료와 유리프릿을 혼합하여 인쇄잉크로 인쇄하고 판유리 표면에서 태운다. 커버 인쇄(13)는 예를 들어 외부 판유리(1)의 내부 표면 및 내부 판유리(2)의 내부 표면에 적용된다. 기능소자(4)의 측면 가장자리는 이 커버 인쇄(13)에 의해 덮여진다. 제어장치(10)은 이러한 불투명 가장자리 영역에 배열되어 있다, 즉 내부 판유리(2)의 커버 인쇄(13) 상에 접착된다. 제어장치(10)는 적층 판유리(100)을 관통하는 시야와 간섭되지 않으므로, 시각적으로 눈에 띄지 않는다. 또한 제어장치는 적층 판유리(100)의 측면 가장자리로부터 짧은 거리에 있으므로 기능소자(4)를 전기적으로 연결하기 위해서는 짧은 케이블(14)만 필요하다는 것이 장점이다.
한편, 제어장치(10)은 차량의 온보드 전기 시스템에 연결되는데, 단순화를 위해 도 1 및 도 2에는 도시되어 있진 않다. 제어장치(10)은 기능소자(4)의 원하는 광학 상태(스위칭 상태)에 필요한 전압 램프를 갖는 전압을, 예를 들어 운전자가 버튼을 눌러 지정하는 제어 신호에 따라, 기능소자(4)의 평면전극(8, 9)에 인가하는데 적합하다.
기능소자(4)는 예를 들어 기능소자(4)의 스위칭 상태가 제어장치(10)에 의해 서로 독립적으로 설정될 수 있는 4개의 독립적인 세그먼트 S1, S2, S3, S4를 갖는다. S1, S2, S3, S4 세그먼트는 지붕 판유리의 전방 가장자리에서 후면 가장자리 방향으로 하나가 다른 하나의 뒤에 배열된다. "전방 가장자리"는 설치된 위치에서 차량의 전면에 가장 가깝게 배열된 지붕 판유리의 가장자리를 의미하고, "후방 가장자리"는 설치된 위치에서 차량의 후방에 가장 가깝게 배열된 가장자리를 의미한다. 세그먼트 S1, S2, S3, S4를 사용하여 차량 운전자는 전체 적층 판유리 대신 (예를 들어, 태양의 위치에 따라) 적층 판유리(100)의 나머지 영역은 투명하게 유지하면서 적층 판유리의 한 영역만 반투명 상태로 되게 선택할 수 있다.
세그먼트 S1, S2, S3, S4를 형성하기 위해, 제1 평면전극(8)은 서로 실질적으로 평행하게 배열되고 기능소자(4)의 한 쪽 가장자리에서 반대쪽 가장자리로 연장되는 3개의 격리선(8')에 의해 단절된다. 격리선(8')은 일반적으로 레이저 가공에 의해 제1 평면전극(8)에 도입되고 평면전극을 서로 물질적으로 분리된 4개의 전극 세그먼트(8.1, 8.2, 8.3 및 8.4)로 세분한다. 각각의 전극 세그먼트(8.1, 8.2, 8.3 및 8.4)는 서로 독립적으로 제어장치(10)에 연결된다. 제어장치(10)은 한편으로는 제1 평면전극(8)의 각 전극 세그먼트(8.1, 8.2, 8.3 및 8.4)와 다른 한편으로는 제2 평면전극(9) 사이에 전압을 서로 독립적으로 인가하는 데 적합하므로, 이들 사이에 위치한 활성층(5) 부분은 원하는 스위칭 상태에 도달하기 위해 필요한 전압을 받게 된다.
도 4의 등가 회로도에 도시된 바와 같이, 제어장치(10)은 차량의 온보드 전기 시스템을 통해 전압원(15)에 연결된다. 차량 분야에서, 전압원(15)은 일반적으로 12V 내지 14V(차량의 온보드 전압) 범위의 DC 전압을 제공한다. 제어장치(10)에는 온보드 전압(1차 전압)을 더 높은 크기의 DC 전압, 예를 들어 65V(2차 전압)로 변환하는 DC-DC 컨버터(11)가 장착되어 있다. 기능소자(4)의 스위칭 상태를 100% 실현하기 위해서는 2차 전압이 충분히 높아야 한다. 제어장치(10)는 또한 2차 전압을 AC 전압으로 변환하는 인버터(12)를 구비한다. 인버터(12)의 한 극은 제2 평면전극(9)에 연결된다. 다른 극에, 인버터(12)는 복수의 독립적인 출력을 가지며, 각 출력은 각 경우에 전극 세그먼트(8.1, 8.2, 8.3 및 8.4)에 연결되므로 연관된 세그먼트 S1, S2, S3, S4의 스위칭 상태는 다른 세그먼트와 독립적으로 설정될 수 있다. 스위칭 상태가 0%인 경우, 전극 세그먼트(8.1, 8.2, 8.3, 8.4)와 제2 평면전극(9)은 항상 동일한 전위를 가지므로 전압이 인가되지 않는다. 세그먼트 S1, S2, S3, S4의 0%보다 큰 스위칭 상태의 경우, 연관된 전극 세그먼트(8.1, 8.2, 8.3, 8.4)와 제2 평면전극(9) 사이에 전압이 인가된다. 전압이 발생하면 전류가 활성층(5)의 해당 부분을 통해 흐른다.
스위칭 속도와 그에 따른 스위칭 시간은 온도에 따라 달라진다. 특히 10℃ 보다 낮은 온도에서는 기능소자(4) 또는 세그먼트 S1, S2, S3, S4가 스위칭 상태 사이에서 변경되는 데에 대해 더 낮은 스위칭 속도를 갖는다. 10℃ 이상의 온도에서는 이러한 지연이 일반적으로 존재하지 않거나 덜 두드러진다. 따라서 예를 들어 -20℃ ~ 120℃ 사이의 임의의 온도 범위에는 가장 긴 스위칭 시간 tmax을 필요로 하는 온도가 항상 하나 이상 있다. 이 예시적인 실시예에서는 -20℃가 이 온도이다. 따라서 두 스위칭 상태 사이를 변경하는 데 필요한 스위칭 시간은 기능소자(4)가 -20℃의 온도를 가질 때 가장 길다.
온도 외에도, 스위칭 속도는 기능소자(4)의 세그먼트 S1, S2, S3, S4에 인가되는 전압의 전압 램프에 의해 정의된다. 본 발명에 따르면, 스위칭 속도의 이러한 의존성은 기능소자(4)의 온도에 따라 선택되는 전압 램프를 갖는 전압이 평면전극(8, 9)에 인가되는 점에서 활용된다. 이를 위해, 제어장치(10)에 저장된 컴퓨터 프로그램 제품은 제어장치(10)에게 적층 판유리(100) 또는 기능소자(4)의 온도를 먼저 확인하라고 명령한다. 제어장치(10)은 온도를 확인하고, 확인된 온도에 따라 컴퓨터 프로그램 제품은 제어장치(10)에 저장된 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 또는 제어장치(10)에 프로그래밍된 함수를 이용하여 전압 램프를 계산하고, 제어장치(10)에게 선택되거나 또는 계산된 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자(4)의 하나 이상의 세그먼트 S1, S2, S3, S4에 인가하도록 명령한다. 전압은 원하는 스위칭 상태에 도달하도록 선택된다. 확인된 온도에 따라 데이터 세트에서 선택되거나 프로그래밍된 함수를 통해 계산된 전압 램프는 다른 값(선형 전압 램프 또는 비선형 전압 램프)을 가지므로 스위칭 상태에 따른 스위칭 속도는 전압 램프에 따라 더 크기도 하고 더 작기도 하다. 전압 램프는 온도 범위에서 확인된 모든 온도에 대한 스위칭 상태를 변경하기 위한 스위칭 시간 tSwitch가 발생하도록 선택된다. 예를 들어, 스위칭 시간 tSwitch는 -20℃의 기능소자(4)의 온도에 필요한 가장 긴 스위칭 시간 tmax와 동일하다. 즉, 스위칭 상태 간 변화가 일어나는 스위칭 속도 VSwitch는 모든 온도에서 동일하며 -20℃를 제외한 모든 온도에서 인위적으로 확장된다.
그러나 일부 기능소자(4) 및 온도의 경우 전압을 높이거나 낮추는 데 걸리는 시간이 다른 경우가 있을 수 있다. 더 높은 투명도 또는 더 높은 투과율을 갖는 스위칭 상태에서 더 낮은 투명도 또는 더 낮은 투과율을 갖는 스위칭 상태(하강 스위칭 상태)로 스위치되는 경우는 더 낮은 투명도 또는 더 낮은 투과율을 갖는 스위칭 상태에서 더 높은 투명도 또는 더 높은 투과율을 갖는 스위칭 상태(상승 스위칭 상태)로 스위치되는 경우 보다 온도에 따른 스위칭 시간이 더 길 수 있다. 따라서 전압 램프는 예를 들어 기능소자(4)에 전압이 인가될 때 스위칭 시간 tSwitch가 하강 스위칭 상태로의 변화와 상승 스위칭 상태로의 변화 모두에 대해 발생하도록 각각의 경우에 선택되거나 계산된다. 즉, 전압 램프의 크기는 스위칭 상태가 하강으로 변하는지 상승으로 변하는지에 따라 달라진다. 이는 상승 스위칭 상태로의 변화와 하강 스위칭 상태로의 변화 모두에 대해 스위칭 속도 VSwitch가 동일하다는 결과를 가져온다.
온도를 확인하기 위해, 적층 판유리(100)에는 예를 들어 측정된 온도를 제어장치(10)로 전송하는 온도 센서가 장착될 수 있다. 기능소자(4)의 온도가 예를 들어 활성층(5)의 임피던스에 기초하여 추정되는 경우 온도 센서가 생략될 수 있다. 인가된 전압은 활성층(5)을 통해 전류를 흐르게 하며, 그 정도는 온도에 달라지는 전기 임피던스에 좌우된다. 인가된 전압에 따른 전류 소모가 확인되면, 이를 통해 활성층(5)의 전류 흐름이나 임피던스를 확인할 수 있고 이를 통해 대략적인 온도를 확인할 수 있다. 이를 위해, 활성층(5)의 임피던스와 온도를 연결하는 임피던스 데이터가 제어장치(10)에 저장된다.
도 5a, 5b, 6a 및 6b는 일반적인 글레이징 유닛에 대하여, 시간에 따른 투과율의 다이어그램을 보여준다. 도 5a 및 도 6a는 투과율이 낮은 스위칭 상태에서 투과율이 높은 스위칭 상태(스위치 온)로의 변화를 보여준다. 도 5b 및 도 6b는 투과율이 높은 스위칭 상태에서 투과율이 낮은 스위칭 상태(스위치 오프)로의 변화를 보여준다. 투과율은 적층 판유리를 통과한 빛의 투과율을 나타낸다. 적층 판유리 또는 기능소자는 도 5a 및 5b에서는 23℃의 온도를 갖고, 도 6a 및 6b에서는 -20℃의 온도를 갖는다. 스위칭 상태를 변경하는 신호는 5초 후에 모든 곡선에 대해 발생한다(도 5a, 5b, 6a 및 6b에서 "스위칭"으로 표시됨). 23℃에서는 각각 다른 스위칭 상태(스위칭 온 및 스위칭 오프)로의 변경이 1초 이내에 완료된다. 도 6a와 도 6b의 -20℃에서의 스위칭 거동은 23℃에서의 스위칭 거동과 다르다. 기능소자의 스위칭 온, 즉 투과율이 약 20%인 스위칭 상태에서 투과율이 약 47%인 스위칭 상태로 변화하는 데에는 약 5초의 스위칭 시간이 필요하다. 따라서 스위칭 시간은 23℃에서의 도 5a에 비해 5배 이상 늘어났다. 스위치를 끄는 동안 효과가 더욱 명확하게 관찰될 수 있다. 이 경우 투과율은 100초 동안 약 25%만 감소하고 이 시간 내에 약 32%의 투과율에 도달한다. 105초 후에 측정이 종료되었으므로 도 6b에서는 목표 스위칭 상태인 20%에 도달하지 못했다.
1초 미만에서부터 몇 분까지 지속되는 스위칭 시간을 갖는 이러한 온도 의존적 스위칭 동작은 글레이징 유닛의 비전문가 사용자를 곤란하게 만들고 사용자로 하여금 글레이징 유닛이 제대로 작동하지 않는다고 확신하게 만들 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 예시적인 방법을 설명하기 위한 흐름도를 도시하며, 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4를 갖는 기능소자(4)의 원하는 스위칭 상태가 설정된 후, 컴퓨터 프로그램 제품은, 방법의 첫 번째 단계에서, 제어장치(4)에게, 예를 들어, 기능 소자(4)의 온도를 확인하라고 지시한다. 원하는 스위칭 상태는 예를 들어 최소로 투명한 스위칭 상태에서 최대로 투명한 스위칭 상태로 변화하는, 광학특성이 최대로 변화하는 스위칭 상태이다. 온도는 예를 들어 기능소자(4)의 온도 의존적 임피던스 거동을 통해 제어장치(10)에 의해 확인된다. 방법의 두 번째 단계에서, 전압 램프는 예를 들어, 제어장치(10)에 저장된 데이터 세트로부터 확인된 온도에 기초하여 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서 선택된다. 방법의 세 번째 단계에서, 제어장치(10)는 원하는 스위칭 상태에 도달하기 위하여 선택된 전압 램프를 갖는 필요한 전압을 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4 중 첫 번째 세그먼트 S1에 인가하라는 지시를 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서 받는다. 이들 세 단계는 세그먼트 S1을 원하는 스위칭 상태로 변경하기 위한 스위칭 시간이 스위칭 시간 tSwitch에 해당하거나 또는 최소 스위칭 상태에서 최대 스위칭 상태로 변경하기 위한 스위칭 속도가 스위칭 속도 VSwitch에 해당한다는 결과를 얻는다. 첫 번째 세그먼트 S1에 대한 스위칭 시간 tSwitch가 만료되면 원하는 스위칭 상태에 도달하고 선택된 전압 램프의 전압이 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4 중 두 번째 세그먼트 S2에 인가된다. 두 번째 세그먼트 S2에 대한 스위칭 시간 tSwitch가 만료되면, 이러한 과정이 세 번째 세그먼트 S3와, 이어서 네 번째 세그먼트 S4와 반복된다. 또한, 각각의 세그먼트 S2, S3, S4를 원하는 스위칭 상태로 변경하기 위한 스위칭 시간이 스위칭 시간 tSwitch에 대응한다는 것이 제2, 제3 및 제4 세그먼트 S2, S3, S4에도 적용된다. 기능소자(4)에 따라 원하는 스위칭 상태에 도달한 후에도 전압이 유지되거나 어떤 전압도 제어장치에 의해 인가되지 않는 상태로 변경된다. 도 1에서 4에 도시된 PDLC 기능소자를 갖는 글레이징 유닛에 대해 여기에서 나타낸 방법에서, 원하는 스위칭 상태에 도달한 후에도 전압은 여전히 각 세그먼트 S1, S2, S3, S4에 인가되고 있다. 전기변색 기능소자의 경우, 원하는 스위칭 상태에 도달한 후, 제어장치에 의해 전압이 인가되지 않는 상태, 즉 외부 전압이 없는 상태로 변경된다.
본 발명에 따른 방법의 제1 실시예에서, 시작 후에 적어도 다음 단계들이 수행된다.
시작: [세그먼트 S1, S2, S3, S4에 대해 원하는 스위칭 상태를 입력]
본 방법은 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4에 대해 원하는 스위칭 상태를 선택함으로써 시작된다.
(a): [기능소자(4)의 온도를 확인한다.]
글레이징 유닛의 기능소자(4)의 온도는 컴퓨터 프로그램 제품에 의한 명령 후에 제어장치(10)에 의해 확인된다;
(b): [확인된 온도를 기초로 전압 램프를 선택한다.]
전압 램프는 (a)에서 확인된 온도에 기초하여 제어장치(10)에 저장된 데이터 세트로부터 선택되거나 또는 프로그래밍된 함수에 의하여 계산된다;
(c1): [원하는 스위칭 상태에 도달할 때까지 전압 램프를 갖는 전압을 세그먼트 S1에 인가한다.]
원하는 스위칭 상태에 도달하는 데 필요한 전압은 (b)에서 선택된 전압 램프로 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4 중 첫 번째 세그먼트 S1에 인가된다. 원하는 스위칭 상태에 도달한 후에도 전압이 추가로 인가되어 제1 세그먼트 S1이 원하는 스위칭 상태를 유지한다;
(c2): [원하는 스위칭 상태에 도달할 때까지 전압 램프를 갖는 전압을 S2 세그먼트에 인가한다.]
첫 번째 세그먼트 S1에 대한 스위칭 시간 tSwitch가 만료된 후, (b)에서 선택된 전압 램프로 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4 중 두 번째 세그먼트 S2에 전압을 인가한다. 원하는 스위칭 상태에 도달한 후에도 전압이 추가로 인가되어 두 번째 세그먼트 S2가 원하는 스위칭 상태로 유지된다;
(c3): [원하는 스위칭 상태에 도달할 때까지 전압 램프를 갖는 전압을 S3 세그먼트에 인가한다.]
두 번째 세그먼트 S2에 대한 스위칭 시간 tSwitch가 만료된 후, (b)에서 선택된 전압 램프로 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4 중 세 번째 세그먼트 S3에 전압이 인가된다. 원하는 스위칭 상태에 도달한 후에도 전압이 추가로 인가되어 세 번째 세그먼트 S3가 원하는 스위칭 상태로 유지된다.
(c4): [원하는 스위칭 상태에 도달할 때까지 전압 램프를 갖는 전압을 S4 세그먼트에 인가한다.]
세 번째 세그먼트 S3에 대한 스위칭 시간 tSwitch가 만료된 후, (b)에서 선택된 전압 램프로 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4 중 네 번째 세그먼트 S4에 전압이 인가된다. 원하는 스위칭 상태에 도달한 후에도 전압이 추가로 인가되어 네 번째 세그먼트 S4가 원하는 스위칭 상태로 유지된다.
끝: 본 방법이 완료되어 종료된다.
따라서 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4는 첫 번째 세그먼트 S1에서 네 번째 세그먼트 S4까지 연속적으로 원하는 스위칭 상태로 전환된다. 스위칭 시간 tSwitch가 만료되면 원하는 스위칭 상태에 도달한다. 순서는 다를 수도 있다. 예를 들어, 네 번째 세그먼트 S4가 먼저 원하는 스위칭 상태로 되고, 그 다음 세 번째 세그먼트 S3, 그 다음 두 번째 세그먼트 S2, 마지막으로 첫 번째 세그먼트 S1이 원하는 스위칭 상태가 될 수 있다. 여기에 표시된 4개의 세그먼트 S1, S2, S3, S4보다 더 적거나 더 많은 세그먼트도 가능하다. 따라서 이 방법은 다른 개수의 세그먼트를 사용해도 동일한 방식으로 수행될 수도 있다. 세그먼트가 다른 스위칭 상태로 전환될 수도 있다.
S1, S2, S3, S4 기능소자(4)의 세그먼트
1 외부 판유리
2 내부 판유리
3 열가소성 중간층
3a 중간층(3)의 제1층
3b 중간층(3)의 제2층
3c 중간층(3)의 제3층
4 기능소자
5 활성층
6 제1 캐리어 필름
7 제2 캐리어 필름
8 제1 평면전극
8.1, 8.2, 8.3, 8.4 제1 평면전극(8)의 전극 세그먼트
8' 두 개의 전극 세그먼트 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 사이의 격리선
9 제2 평면전극
10 제어장치
11 DC-DC 컨버터
12 인버터
13 덮개 인쇄
14 전기 케이블
15 전압원/DC 전압원
100 적층 판유리
X-X' 단면선
Z 확대된 영역

Claims (15)

  1. - 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 기능소자(4)를 갖는 적층 판유리(100)와
    - 기능소자(4)에 전기적으로 연결된 제어장치(10)를 포함하는,
    전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛에서,
    제어장치(10)는 소정의 온도 범위 내에서 각 온도에 전압 램프(voltage ramp)를 할당하는 데이터 세트 또는 프로그래밍된 함수를 가지며, 제어장치(10)는
    - 온도를 확인하고,
    - 확인된 온도에 근거하여 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 또는 프로그래밍된 함수에 의해 전압 램프를 계산하고, 및
    - 선택되거나 계산된 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자(4)에 인가하는 데에 적합한, 글레이징 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 기능소자(4)는 서로 다른 광학특성을 갖는 적어도 2개의 스위칭 상태를 포함하고, 2개의 스위칭 상태 사이의 변경을 위해 온도 의존적 스위칭 시간이 필요하며, 이에 따라 임의의 온도 범위(arbitary temperature range)에서 필요한 가장 긴 스위칭 시간에 해당하는 시간 tmax를 갖는 온도가 존재하며,
    확인된 온도에 기초하여 선택되거나 계산된 각 전압 램프는 tmax보다 길거나 같은 스위칭 시간 tswitch를 초래하여, 기능소자(4)에 전압이 인가될 때 스위칭 시간 tswitch가 발생하며,
    "임의의 온도 범위"는 최소 1℃에 걸쳐, 바람직하게는 최소 2℃에 걸쳐, 특히 최소 5℃에 걸쳐 확장되는 온도 범위를 의미하는, 글레이징 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기능소자(4)는 적어도 두 개의 개별 세그먼트(S1, S2, S3, S4)로 분할되고 각 세그먼트(S1, S2, S3, S4)는 전기적으로 제어장치(10)에 연결되어 선택되거나 계산된 전압 램프를 갖는 전압이 각 세그먼트(S1, S2, S3, S4)에 서로 독립적으로 인가될 수 있는, 글레이징 유닛.
  4. 제3항에 있어서, 제어장치(10)은 먼저 적어도 두 개의 개별 세그먼트(S1, S2, S3, S4) 중 제1 세그먼트(S1)에 전압을 인가하기에 적합하고, 스위칭 시간 tSwitch 이후에만 적어도 두 개의 개별 세그먼트(S1, S2, S3, S4) 중 추가 세그먼트(S2)에 전압을 인가하기에 적합하며,
    적어도 두 개의 개별 세그먼트(S1, S2, S3, S4)는 바람직하게는 동일한 스위칭 상태로 변경되는, 글레이징 유닛.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 스위칭 상태 사이의 변화는 높은 온도에서보다 낮은 온도에서 더 긴 시간 tmax를 필요로 하는 글레이징 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 기능소자(4)는 PDLC 기능소자 또는 SPD 기능소자인, 글레이징 유닛.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적층 판유리(100)는 외부 판유리(1)와 내부 판유리(2)를 갖고, 기능소자(4)는 외부 판유리(1)와 내부 판유리(2) 사이에 배열되는, 글레이징 유닛.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기능소자(4)가 제1 평면전극(8)과 제2 평면전극(9) 사이에 활성층(5)을 갖고, 전기적으로 제어할 수 있는 기능소자(4)의 광학특성은 활성층(5)에 의해 결정되는, 글레이징 유닛.
  9. 제8항에 있어서, 제1 및/또는 제2 평면전극(8, 9)은 인듐주석산화물(ITO)을 기반으로 형성되는, 글레이징 유닛.
  10. 전기적으로 제어할 수 있는 광학특성을 갖는 글레이징 유닛을 제어하는 방법으로서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 글레이징 유닛이 제공되고, 제어장치(10)는
    (a) 온도를 확인하고,
    (b) 확인된 온도에 기초하여 데이터 세트에서 전압 램프를 선택하거나 또는 프로그래밍된 함수에 의해서 전압 램프를 계산하고, 및
    (c) 선택되거나 계산된 전압 램프를 갖는 전압을 기능소자(4)에 인가하는, 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 기능소자(4)의 온도는 적층 판유리(100)에 부착된 온도 센서로 측정되는 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서, 기능소자(4)의 임피던스는 제어장치(10)에 의해 확인되고, 기능소자(4)의 온도는 임피던스에 의해 계산되는 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서, 제어장치(10)은 DC 전압원(15)에 연결되고, DC 전압원(15)의 1차 전압을 1차 전압보다 더 높은 2차 전압으로 변환하는 DC 전압 컨버터(11)를 구비하며, 2차 전압을 AC 전압으로 변환하여 기능소자(4)에 인가하는 인버터(12)를 구비하고, 제어장치(10)는 인버터(12)의 소비 전류를 측정하여 기능소자(4)의 임피던스를 확인하는 제어 방법.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 글레이징 유닛의 제어장치(10)에 설치되고, 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는데 적합한 컴퓨터 프로그램 제품.
  15. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 글레이징 유닛의, 운송수단의 창유리, 특히 측면 창유리, 앞유리, 후면 창유리 또는 지붕 판유리로의 용도.
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