KR101810066B1 - 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치 - Google Patents

음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101810066B1
KR101810066B1 KR1020160046252A KR20160046252A KR101810066B1 KR 101810066 B1 KR101810066 B1 KR 101810066B1 KR 1020160046252 A KR1020160046252 A KR 1020160046252A KR 20160046252 A KR20160046252 A KR 20160046252A KR 101810066 B1 KR101810066 B1 KR 101810066B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
thermochromic
display
electrode
unit
Prior art date
Application number
KR1020160046252A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170118453A (ko
Inventor
성형진
박진수
하병항
굴람데스트기르
정진호
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020160046252A priority Critical patent/KR101810066B1/ko
Publication of KR20170118453A publication Critical patent/KR20170118453A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101810066B1 publication Critical patent/KR101810066B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/153—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/163—Operation of electrochromic cells, e.g. electrodeposition cells; Circuit arrangements therefor
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/04—Materials and properties dye
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/28—Adhesive materials or arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 가열 장치부와 디스플레이부를 가역적으로 분리 가능하게 구성함으로써 가열 장치부로부터 디스플레이부를 쉽게 분리 및 교체할 수 있고, 디스플레이부를 교체함으로써 하나의 가열 장치부로도 정해진 시각적 정보만이 아닌 다양한 시각적 정보를 전달할 수 있으며, 시분할 다중화 교류 신호를 통해 어레이 형태의 IDT(Interdigital Transducer) 전극으로 구성된 가열 장치부를 구동함으로써, 별도의 스위치나 제어부 없이도 2차원 시공간적 온도 제어가 가능하며, 또한, 2차원 시공간적 온도 제어가 자유자재로 가능하기 때문에 사용자가 전달하고자 하는 정보를 즉각 표시할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 시분할 다중화 교류 신호를 통해 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극으로 구성된 가열 장치부를 구동함으로써, 다양한 형태의 연속적인 온도구배를 형성할 수 있고, 또한, 시분할 다중화 교류 신호와 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극을 통해 연속적인 온도구배를 형성함으로써, 연속적인 공간정보를 시각적으로 전달할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치{Thermochromic display device using acoustothermal heating}
본 발명은 감온변색 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시분할 다중화 교류 신호를 통해 2차원 시공간적 온도 제어가 가능한 음향열적 가열 장치부와 이와 가역적으로 결합되어 시각적 정보를 전달하는 감온변색 디스플레이부로 구성된 정보 표시 장치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 감온변색 디스플레이 장치란 온도 제어를 위한 가열 장치부와 감온변색 안료가 도포된 디스플레이부로 구성되어 감온변색 현상을 기반으로 다양한 형태의 시각적 정보를 전달하는 장치를 말한다.
감온변색(thermochromism)이란 온도에 따라 가역적으로 색이 변하는 현상으로써, 감온변색 안료는 변색온도 이하의 온도에서 불투명한 특정 색을 띠다가 변색온도 이상의 온도에서는 투명하게 변하는 성질을 갖는다.
종래 감온변색 디스플레이 장치의 가열 장치부를 이루는 가열 메커니즘은 줄 가열 혹은 탄소나노튜브 필름 가열이 주로 사용되었으며, 이러한 가열 장치부는 디스플레이부의 온도를 제어하는 역할을 수행한다. 디스플레이부는 감온변색 안료가 도포된 기판으로써, 가열 장치부에 의해 온도가 제어되어 시각적 정보를 표시하는 역할을 수행한다.
이처럼, 감온변색 디스플레이 장치는 제작 공정이 간단하고 저비용이며, 구동방식이 간단하면서도 복잡한 시각적 정보를 전달할 수 있는 장점이 있기에 다양한 형태로 개발되어 왔다.
종래의 감온변색 디스플레이 장치는 크게 셔터형과 세그먼트형으로 분류할 수 있다. 셔터형 감온변색 디스플레이 장치는 가장 간단한 형태의 감온변색 디스플레이로써, Siegel et al.의 연구(참고문헌 1)가 대표적인 예이다.
셔터형 감온변색 디스플레이 장치의 디스플레이부는 표시하고자 하는 시각적 정보가 인쇄된 기판 위에 감온변색 안료를 도포함으로써 제작된다.
셔터형 감온변색 디스플레이 장치는 상온에서는 불투명한 감온변색 안료 때문에 시각적 정보를 표시하지 않지만 가열 장치부에 의해 디스플레이부가 변색온도 이상으로 가열되면 감온변색 안료가 투명한 색으로 변하면서 감춰져 있던 시각적 정보가 드러나게 된다. Siegel et al.은 이러한 셔터형 감온변색 디스플레이 장치를 종이 기판에 구현하여 다양한 색상으로 이루어진 복잡한 시각적 정보도 쉽게 표시할 수 있음을 보였다.
그러나, 셔터형 감온변색 디스플레이 장치는 사전에 인쇄된 시각적 정보만 온/오프 형태로 표시할 수 있다는 한계점을 지닌다. 다시 말해, 상황에 맞게 사용자가 원하는 정보를 자유자재로 표시할 수 있는 것이 아니라 미리 정해진 특정한 정보만을 전달하는 한계점을 갖는다.
따라서, 상기한 셔터형 감온변색 디스플레이 장치의 한계점을 극복하기 위하여 세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치가 개발되었다.
세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치는 가열 장치부에 복수의 가열 장치를 원하는 형태로 배열하고 독립적으로 각 가열 장치를 구동시킴으로써 디스플레이부의 특정 영역(세그먼트)만 감온변색 현상이 일어나게 한다. 그 대표적인 예로써 Shin et al.(참고문헌 2)은 종이 기판에 7개의 가열 장치들로 이루어진 가열 장치부를 구현함으로써 0부터 9까지의 숫자 정보를 사용자가 원하는 대로 표시할 수 있도록 하였다.
그러나, Shin et al.의 세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치 역시 표시할 수 있는 정보가 숫자에 국한된다는 한계점을 지닌다.
상기한 한계점들을 극복하기 위하여 Liu et al.(참고문헌 3)은 256개 탄소나노튜브 필름 가열 장치를 16행 16열 형태로 배치한 세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치를 개발하였다. 이를 통해 한자나 숫자 등 16행 16열 어레이로 표시할 수 있는 정보를 사용자가 원하는 형태로 자유자재로 표시할 수 있음을 입증하였다.
그러나, 전술한 세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치 역시 탄소나노튜브 필름 가열 장치의 제작공정이 매우 복잡하고 고비용이며 대면적의 가열 장치를 제작하기 어렵다는 가열 장치의 기술적 한계점을 지니고 있다(참고문헌 4).
또한, 탄소나노튜프 필름 가열 장치는 표면 거칠기가 크고 표면 에너지가 낮아 디스플레이부가 균일하게 가열되기 어렵다는 한계점을 지니고 있다(참고문헌 5, 6).
종래의 감온변색 디스플레이 장치는 가열 장치부와 디스플레이부가 일체형으로 결합되어 있어 표시하고자 하는 정보를 바꾸기 위해서는 그에 맞게 제작된 새로운 감온변색 디스플레이 장치가 필요하다는 한계점을 지닌다.
이와 같은 일체형 감온변색 디스플레이 장치는 개별 장치의 제작비용이 낮다고 하더라도 표시하고자 하는 시각 정보가 바뀔 때마다 새로 장치를 제작해야 하므로 장기적인 관점에서 봤을 때 비용효율적이지 않다.
뿐만 아니라, 종래의 감온변색 디스플레이 장치에 사용된 가열 장치들은 각 세그먼트의 독립적인 구동을 위해서는 별도의 스위치 혹은 제어부가 필요하며, 연속적인 온도구배를 형성할 수 없다는 한계점을 지닌다.
A. C. Siegel, S. T. Phillips, B. J. Wiley, and G. M. Whitesides, "Thin, lightweight, foldable thermochromic displays on paper," Lab Chip, vol. 9, pp. 2775-81, 2009. H. Shin, B. Yoon, I. S. Park, and J. M. Kim, "An electrothermochromic paper display based on colorimetrically reversible polydiacetylenes," Nanotechnology, vol. 25, p. 094011, 2014. P. Liu, L. Liu, K. Jiang, and S. Fan, "Carbon-nanotube-film microheater on a polyethylene terephthalate substrate and its application in thermochromic displays," Small, vol. 7, pp. 732-6, 2011. V. Popov, "Carbon nanotubes: properties and application," Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 43, pp. 61-102, 2004. G. Kalita, K. Wakita, M. Umeno, Y. Hayashi, and M. Tanemura, "Large-area CVD graphene as transparent electrode for efficient organic solar cells," in Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2012 38th IEEE, pp. 003137-003141, 2012. S. K. Hwang, J. M. Lee, S. Kim, J. S. Park, H. I. Park, C. W. Ahn, et al., "Flexible multilevel resistive memory with controlled charge trap B- and N-doped carbon nanotubes," Nano Lett, vol. 12, pp. 2217-21, 2012. B. H. Ha, K. S. Lee, G. Destgeer, J. Park, J. S. Choung, J. H. Jung, et al., "Acoustothermal heating of polydimethylsiloxane microfluidic system," Sci Rep, vol. 5, p. 11851, 2015. B. H. Ha, J. Park, G. Destgeer, J. H. Jung, and H. J. Sung, "Generation of Dynamic Free-Form Temperature Gradients in a Disposable Microchip," Anal Chem, 2015.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 감온변색 디스플레이 장치에서 가열 장치부와 디스플레이부를 분리하여 디스플레이 구동 시에만 가역적으로 결합시킬 수 있도록 하는 감온변색 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 가열 장치부와 디스플레이부 분리형 감온변색 디스플레이 장치를 통해 디스플레이부를 쉽게 교체할 수 있도록 하여, 하나의 가열 장치부로 복수의 시각적 정보를 전달할 수 있는 감온변색 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 시분할 다중화 교류 신호를 통해 구동되는 음향열적 가열을 통해 별도의 스위치나 제어부 없이도 2차원 시공간적 온도 제어가 가능한 감온변색 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극을 활용하면 전통적인 가열 장치에서 구현할 수 없었던 연속적인 온도구배를 형성하고, 이를 통해 연속적인 공간적인 정보를 시각적으로 표시하는 감온변색 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치는 음향열적 가열 방식으로 구동되는 가열 장치부; 및 상기 가열 장치부에 가역적으로 교접하여, 감온변색 안료의 색상 변화를 기반으로 시각적 정보를 전달하는 디스플레이부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가열 장치부는 표면탄성파를 발생시키도록 교차 배열 형상을 가지고 IDT(Interdigital Transducer) 전극이 형성된 압전 기판; 및 상기 IDT 전극이 형성된 상기 압전 기판 상에 교접하며, 상기 압전 기판에 발생된 표면탄성파를 흡수하여 발열되는 점탄성 물질로 이루어지는 가열체;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압전 기판은 리튬리니오베이트(LiNbO3), 리튬보레이트(Li2B4O7), 리튬탄탈레이트(LiTaO3), 랑가사이트(La3Ga5SiO14) 또는 석영(quartz) 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 IDT(Interdigital Transducer) 전극은 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속 화합물들 중에서 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가열체는 실리콘 기반 폴리머(Silicone-based polymers), 고분자화합물(Plastics), 고무(Rubber) 또는 종이(Paper)중에 선택된 어느 하나 이상의 점탄성 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가열 장치부는 상기 가열체 내에 적어도 하나 이상의 가열존을 갖도록 상기 IDT 전극이 배열되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 가열존은 적어도 하나 이상이 서로 다른 상기 IDT 전극들의 교차 배열 형상을 가지고 형성되고, 상기 교차 배열 형상은 평행 교차 배열 형상 또는 경사 교차 배열 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가열존 내에서 상기 IDT전극에 의해 발생하는 표면탄성파는 5MHz 내지 200MHz 주파수 범위 이내로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 가열 장치부는 상기 각 가열존들을 가열 제어하도록 전류 신호를 발생시키는 신호 발생기;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 발생기는 상기 IDT 전극 내에 선정된 상기 가열존들을 순차적으로 또는 동시에 가열하도록 MATLAB CODE;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이부는 상기 가열 장치부에 가역적으로 분리 가능하게 교접하며 시각적 정보가 인쇄되는 디스플레이 인쇄 시트; 및 상기 디스플레이 인쇄 시트 기판 상에 형성되는 감온변색안료가 도포되어 형성되는 감온변색안료 도포층;을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 디스플레이 인쇄 시트는 종이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 인쇄 시트는 상기 가열 장치부와의 사이에 접촉 매질층 또는 점착층이 개재될 수 있다.
또한, 상기 감온변색안료 도포층은 상기 디스플레이 기판 상에 점착되며 감온변색안료가 도포된 투명재질의 감온변색 필름;을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 감온변색 필름은 투명한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질로 이루어질 수 있다.
상기한 본 발명의 감온변색 디스플레이 장치는 가열 장치부와 디스플레이부를 가역적으로 분리 가능하게 구성함으로써 가열 장치부로부터 디스플레이부를 쉽게 분리 및 교체할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 디스플레이부를 교체함으로써 하나의 가열 장치부로도 정해진 시각적 정보만이 아닌 다양한 시각적 정보를 전달할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 시분할 다중화 교류 신호를 통해 IDT(Interdigital Transducer) 전극이 배열된 가열 장치부를 구동함으로써, 별도의 스위치나 제어부 없이도 2차원 시공간적 온도 제어가 가능한 효과를 갖는다.
또한, 2차원 시공간적 온도 제어가 자유자재로 가능하기 때문에 사용자가 전달하고자 하는 정보를 즉각 표시할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 시분할 다중화 교류 신호를 통해 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극으로 구성된 가열 장치부를 구동함으로써, 다양한 형태의 연속적인 온도구배를 형성할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 시분할 다중화 교류 신호와 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극을 통해 연속적인 온도구배를 형성함으로써, 연속적인 공간정보를 시각적으로 전달할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 감온변색 디스플레이 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 감온변색 디스플레이 장치를 분리 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치의 측면도 개략도이다.
도 4는 도 2의 압전 기판 위에 증착된 IDT(Interdigital Transducer) 전극 형상을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1의 신호 발생기를 통한 시분할 다중화 교류 신호를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1의 1행 3열 형태로 배치된 IDT(Interdigital Transducer) 전극에 시분할 다중화 교류 신호를 인가했을 때의 감온변색 디스플레이 장치의 작동상태와 온도분포를 나타낸 참고도이다.
도 7은 도 6의 감온변색 디스플레이 장치의 디스플레이부에 도포된 감온변색 안료의 온도에 따른 투명도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 7의 감온변색 안료를 흰 종이 기판에 도포하고 5초 가열, 20초 냉각의 열주기를 가했을 때의 디스플레이부의 온도 및 색상 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1의 1행 3열 형태로 배치된 IDT(Interdigital Transducer) 전극에 시분할 다중화 교류 신호를 인가하여 선택적으로 디스플레이부를 가열하여 구동되는 셔터형 감온변색 디스플레이 장치를 이용하여 다양한 색상을 표시하는 것을 나타내는 참고도이다.
도 10는 본 발명의 제2 실시예에 따른 2행 2열 혼동행렬의 형태로 정보를 전달하는 감온변색 디스플레이 장치의 작동 상태를 나타내는 참고도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 3행 3열로 형태로 정보를 전달하는 감온변색 디스플레이 장치의 작동 상태를 나타내는 참고도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따라 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극을 이용한 감온변색 색구배 디스플레이의 작동상태를 나타내는 참고도이다.
도 13은 도 12에 따른 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극 배열 구조를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감온변색 디스플레이 장치를 도시하는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감온변색 디스플레이 장치를 분리 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2의 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치의 측면도 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 감온변색 디스플레이 장치(1)는 열을 가해주는 가열 장치부(2)와 상기 가열 장치부(2)에 가역적으로 교접하며 감온변색 안료의 색상 변화를 기반으로 시각적 정보를 전달하는 디스플레이부(3)를 포함하여 구성된다.
여기서, 가열 장치부(2)와 디스플레이부(3)는 서로 가역적으로 탈, 착될 수 있는 분리형 구조로 이루어진다. 따라서, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는 가열 장치부(2)와 디스플레이부(3)를 분리하여 디스플레이 구동 시에만 가역적으로 결합시킬 수 있음으로써 하나의 하나의 가열 장치부(2)로도 정해진 시각적 정보만이 아닌 다양한 시각적 정보를 전달할 수 있다.
한편, 가열 장치부(2)는 음향열적 가열 방식으로 구동되도록 표면탄성파(SAW: Surface Acustic Wave)를 발생시키도록 교차 배열 형상을 가지고 IDT(Interdigital Transducer) 전극(20)이 형성된 압전 기판(10), 상기 IDT 전극(20)이 형성된 상기 압전 기판(10) 상에 교접하며 상기 압전 기판(10)에 발생된 표면탄성파를 흡수하여 발열되는 점탄성 물질로 이루어지는 가열체(30) 및 상기 가열체(30)를 가열 제어하도록 IDT(Interdigital Transducer) 전극(20)에 전류 신호를 발생시키는 신호 발생기(40)를 포함하여 구성된다.
여기서, 압전 기판(10)은 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환 가능한 압전 물질로 이루어지며, 전기장을 형성하도록 인가된 교류 전류를 통해 기설정된 주파수의 표면탄성파를 발생시킬 수 있게 IDT(Interdigital Tansducer) 전극(20)이 기설정된 패턴 형상을 갖도록 증착하여 제작할 수 있다.
본 실시예에서는 압전 기판(10)은 500 μm 두께의 128° y-x 절단 x-전파 리튬 니오베이트(Lithium Niobate; LiNbO3)로 이루어지는 압전(Piezoelectric) 기판(10) 상에 금속층(Au/Cr, 1000/300Å)으로 구성되는 IDT전극(20)들을 전자빔 증발 증착 리프트 오프(E-beam Evaporation Lift Off) 방식으로 증착하여 제작하는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명에서 압전 기판(10)이 상기한 리튬리니오베이트(LiNbO3) 이루어지는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니며, IDT 전극(20)을 통해 전기장을 형성하도록 인가된 교류 전류를 통해 기설정된 주파수의 표면탄성파를 발생시킬 수 있는 한, 석영(Quartz), 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 리튬보레이트(Li2B4O7) 또는 랑가사이트(La3Ga5SiO14)을 포함하여 좀더 다양한 종류의 압전 물질들로 이루어질 수 있음은 당연하다.
도 4는 도 1의 압전 기판 위에 증착된 IDT(Interdigital Transducer) 전극 형상을 도시한 평면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 상기 IDT 전극(20)은 기본적으로 압전 기판(10)의 서로 양측 단부에 형성된 각각의 제1 전극 단자(21) 및 제2 전극 단자(25)로부터 이들의 방향을 따라 서로 교번하며 서로를 향해 폭 방향으로 연장 형성되는 복수의 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)이 서로의 사이 사이에 끼워져 마치 포크 2개의 끝이 마주보도록 겹치되 서로 닿지 않도록 엇갈리게 놓인 것과 같은 패턴 형상을 갖도록 증착되어 형성된다.
즉, IDT 전극(20)의 복수의 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)을 이루는 금속선들은 λ/4 의 일정한 너비를 가지며, 각 금속선 간의 간격도 동일하게 λ/4 이 되도록 형성된다.
물론, IDT 전극(20)에서 표면탄성파를 발생시키기 위해서는 신호 발생기(40)를 통해 공진주파수를 갖는 교류신호가 인가되어 공진해야 하며 이때, 공진주파수는 fAC = cs/λ으로 나타낼 수 있다. 여기서, cs는 압전 기판 물질의 음속이다.
따라서, 압전 기판(10)에 전기장을 형성하도록 신호 발생기를 통해 IDT 전극(20)들에 교류 전류가 가해질 때 마주보는 두 열의 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)들이 순차적으로 +, -를 오가며 압전 기판(10) 표면에 표면탄성파(SAW)를 일으키게 된다(도3 참조).
여기서, 공진주파수가 인가되어 IDT 전극(20)에서 표면탄성파가 발진하면 탄성파의 주파수(fSAW)는 가진된 교류신호의 주파수(fAC)와 동일하다.
본 실시예에서 상기한 IDT 전극(20)의 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)을 이루는 금속선은 바닥층을 이루는 크롬(Cr)과 상부층을 이루는 금(Au)이 서로 적층 형성된 Cr/Au 적층 구조를 갖도록 형성되는 예시한다.
그러나, 상기한 IDT 전극(20)들은 전술한 Cr/Au 적층 구조뿐만 아니라 Ti/Au 또는 Ti/Al 조합의 적층 구조로 이루어질 수 있음은 물론, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속화합물들 중에서 선택된 하나 이상의 전극 물질로 이루어질 수 있음은 당연하다.
한편, 상기 IDT 전극(20)은 상기 압전 기판(10) 상에 적어도 하나 이상의 가열존을 갖도록 기설정된 배열 형상을 가지고 형성될 수 있으며, 본 실시예에서 1행 3열의 가열존들(f1, f2, f3)을 가지고 형성되는 것을 예시한다. 여기서, 상기 각 가열존들(f1, f2, f3)은 적어도 하나 이상이 서로 다른 상기 IDT 전극(20)의 교차 배열 형상을 통해 구현된다.
본 실시예에서는 IDT 전극(20)의 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)들이 서로 평행하게 배치되는 평행 교차 배열 형상을 가지되, 각 가열존(f1, f2, f3)들마다 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)들을 이루는 금속선의 너비(또는 간격)을 서로 다르게 형성하는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 IDT 전극(20)의 배열 형상에 따라 보다 다양하게 가열존들을 구성할 수 있을 뿐만 아니라 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)들을 전술한 바와 같이 평행 교차 배열 형상으로 형성하는 것 이외에도 후술하는 경사 교차 배열 형태(도 12 및 도 13 참조) 등으로 변형시켜 형성할 수 있음은 당연하다.
한편, 상기 각 가열존(f1, f2, f3)들을 내에서 IDT 전극(20)에 의해 발생하는 표면탄성파는 5MHz 내지 200MHz 주파수 범위 이내로 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, IDT 전극(20)에 의해 발생하는 표면탄성파는 5MHz 내지 200MHz 주파수 범위 이내로 제한하는 이유는, 표면탄성파의 주파수가 5MHz 미만인 경우 IDT 전극(20)에서 표면탄성파가 발진하지 않으며, 200MHz 초과인 경우 IDT 전극 사이즈가 5um 미만으로 제조 가격대비 효율이 저하되는 단점을 갖기 때문이다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 가열체(30)는 상기 IDT 전극(20)이 형성된 상기 압전 기판(10) 상에 교접하도록 올려져, 상기 압전 기판(10) 상에 발생된 표면탄성파(SAW)를 흡수하여 이를 통해 발열되는 점탄성 물질로 이루어진다.
본 실시예에서 가열체(30)는 실리콘 기반 폴리머(Silicone-Based Polymer)계열의 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 이루지는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명에서 상기 가열체(30)가 PDMS(Polydimethylsiloxane)로 반드시 한정되는 것은 아니며 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 같은 실리콘 기반 폴리머들(Silicone-based polymers) 이외에도 고분자화합물들(Plastics), 고무(Rubber), 종이(Paper), 음식물(food; Organic Polymer) 또는 생체 조직(Biological tissue)들을 포함하여 다양한 종류의 점탄성 물질들이 모두 적용될 수 있음은 당연하다.
한편, 상기한 고분자화합물(Plastic) 중에서는 주로 PMMA(Polymethyl Methacrylate), PP(polypropylene) 또는 PETE(Polyethylene Terephthalate) 등이 주로 사용될 수 있다.
그리고, 신호 발생기(40)는 상기 각 가열존들(f1, f2, f3)을 시공간 분할 방식으로 가열 제어하도록 전류 신호를 발생시키도록 구성된다.
신호 발생기(40)를 통해 기설정된 주파수의 전류 신호를 발생시키게 되면 이에 대응되는 IDT 전극(20)의 제1 및 제2 손가락 전극(22, 26)의 폭과 이들 사이의 지간 거리를 가지는 해당 가열존(f1~f3)에서 선택적으로 표면탄성파(SAW)를 일으키게 된다.
발생된 상기 표면탄성파는 압전 기판(10)의 표면을 따라 진행하다가 종파(Longitudinal Wave) 형태로 가열체(30) 내로 굴절되어 전파되면서 가열체(30) 내에 흡수되며 열을 발생시키게 된다.
도 5는 도 1의 신호 발생기를 통한 시분할 다중화 교류 신호를 나타내는 그래프이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 신호 발생기(40)에는 MATLAB CODE를 구비하여, MATLAB CODE를 통해 상기 IDT 전극(20) 내에 선정된 상기 가열존들(f1, f2, f3)을 시분할 다중화 교류 신호를 통해 순차적으로 또는 동시에 가열할 수 있도록 전류 신호를 발생시켜 가열체(30) 내의 가열 부위를 시공간적으로 좀더 자유롭게 제어할 수 있게 된다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 디스플레이부(3)는 상기 가열 장치부(2)에 가역적으로 분리 가능하게 교접하며 시각적 정보가 인쇄되는 디스플레이 인쇄 시트(50)와, 상기 디스플레이 인쇄 시트(50) 상에 감온변색안료가 도포되어 형성되는 감온변색안료 도포층(60)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서 디스플레이 인쇄 시트(50)는 시각적 정보가 인쇄된 기판으로 한쪽면이 점착성을 띠는 종이인 라벨지(#21301-100, 3M)를 사용하고, 감온변색안료 도포층(60)은 라벨지 상에 감온변색 안료가 도포된 감온변색 필름이 일체로 점착되어 형성되는 것을 예시한다.
그러나 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 상기한 디스플레이 인쇄 시트(50)는 종이, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 에틸렌비닐아세테이트(EVA)를 포함하여, 보여주고 싶은 시각적 정보를 인쇄를 통해 좀더 쉽고 간편하게 구현할 수 있는 한 다양한 재질의 시트들이 모두 적용될 수 있은 당연하다.
이때, 디스플레이 인쇄 시트(50) 상에는 상기한 각각의 가열존들(f1, f2, f3)에 대응되게 각각의 시각적 정보들이 인쇄될 수 있다.
또한, 상기한 감온변색안료 도포층(60)은 시각적인 정보가 인쇄된 디스플레이 인쇄 시트 위에 직접 감온변색 안료(TC)를 도포하여 형성할 수 있다.
그리고, 감온변색안료 도포층(60)을 형성하기 위한 감온변색 필름은 상기한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)을 포함하여 다양한 투명 재질의 필름으로 이루어질 수 있음은 당연하다.
한편, 본 실시예에서 감온변색 안료는 변색온도 이하의 온도에서는 검은색을 띠다가 변색온도 이상의 온도로 가열되면 투명해지는 안료를 사용하는 것을 예시한다.
또한, 상기 디스플레이 인쇄 시트(50)는 라벨지와 같이 보다 효율적인 열전달을 위해 상기 가열 장치부(2)의 가열체(30) 상에 가역적을 탈, 착 가능하게 점착되도록 점착층(미도시)이 형성되는 것을 예시한다.
그러나, 상기 디스플레이 인쇄 시트(50)와 상기 가열체(30) 사이에는 열전달 효율을 높이기 위해 전술한 바와 같이 점착층을 형성하는 것 이외에도 물 또는 초음파 젤 등의 접촉매질을 적용할 수 있음은 당연하다.
도 6은 도 1의 1행 3열 형태로 배치된 IDT(Interdigital Transducer) 전극에 시분할 다중화 교류 신호를 인가했을 때의 감온변색 디스플레이 장치의 작동상태와 온도분포를 나타낸 참고도이고, 도 7은 도 6의 감온변색 디스플레이 장치의 디스플레이부에 도포된 감온변색 안료의 온도에 따른 투명도를 나타내는 그래프이며, 도 8은 도 7의 감온변색 안료를 흰 종이 기판에 도포하고 5초 가열, 20초 냉각의 열주기를 가했을 때의 디스플레이부의 온도 및 색상 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6 내지 도 8을 참조하여 설명하면, IDT(Interdigital Transducer) 전극(20)에 공진주파수를 갖는 교류신호를 인가하여 표면탄성파(Surface acoustic wave; SAW)가 압전 기판(10) 표면에 발생하게 되면 그 위에 가역적으로 결합된 가열체(30) 내로 굴절되어 종파(Longitudinal wave; LW)의 형태로 진행한다(도 3 참조).
이때, 점탄성 물질로 이루어지는 가열체(30)에 의해 점탄성 감쇠에 기인하여 종파의 음향적 에너지가 흡수되어 열에너지의 형태로 전환되는 음향열적 가열 현상이 발생하게 된다.
본 실시예에서 가열체(30)로 사용되는 PDMS 고분자 박막의 에너지 효율적인 음향열적 가열을 위해서는 전술한 바와 같이 20MHz 내지 45MHz 범위의 주파수를 갖는 교류신호를 IDT(Interdigital Transducer) 전극(20)에 인가한다.
여기서, 압전 기판(10)의 음속(대략 4,000 m/s)과 PDMS 고분자 박막의 음속(대략 1,100 m/s)에 따라 음파의 굴절각은 스넬의 법칙에 따라 약 sin-1(1,100/4,000)
Figure 112017075741040-pat00001
16°를 가지며, 이에 따라 IDT(Interdigital Transducer) 전극의 바로 위의 영역만 국소적으로 가열된다는 장점을 지닌다.
한편, IDT 전극(20)의 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)을 이루는 금속선의 너비와 간격에 의해 공진주파수가 결정되며, 상기 공진주파수에 해당하는 주파수를 갖는 교류신호가 인가될 때만 공진하여 표면탄성파를 발생시킨다. 이러한 특성을 기반으로 신호 발생기(40)를 통해 복수의 주파수를 갖는 시분할 다중화 교류신호(도 5)를 각 가열존들(f1, f2, f3)의 IDT(Interdigital Transducer) 전극에 인가하면 선택적으로 표면탄성파를 발생시킬 수 있다. 이때 시분할 다중화 교류신호는 수백 마이크로초의 아주 짧은 시간 가격(τ)으로 서로 다른 주파수를 갖는 교류신호들로 구성된 것을 의미한다.
예를 들어, 1행 3열의 형태로 서로 다른 공진주파수 f1, f2, f3를 갖는 IDT(Interdigital Transducer) 전극 배열을 가지는 가열존(도 6b)들에 f1와 f3의 주파수를 갖는 교류신호가 시간 간격 τ=100 μs 로 교차되어 구성된 시분할 다중화 교류신호(도 6a)를 인가하면 f1와 f3에 해당하는 IDT(Interdigital Transducer) 전극만 공진하여 표면탄성파를 발생시킨다. 그 결과 상기 배열 형태의 IDT(Interdigital Transducer) 전극으로 구성된 가열 장치부(2) 위에 가역적으로 결합된 디스플레이부(3)를 선택적으로 가열하여 감온변색 안료의 색변화(도 6b)를 유발하게 된다. 도 6c는 이를 열화상 카메라로 관찰한 결과이다.
본 실시예에서 사용된 감온변색 안료는 40°C의 변색온도를 가지며 변색온도 이하에서는 검은색으로 불투명하다가 변색온도 이상에서는 투명해진다 (도 7). 이때 감온변색 안료의 열적이력으로 인하여 냉각 시 변색온도는 가열 시 변색온도보다 약 5℃가량 낮다.
본 실시예에서 전술한 바와 같은 음향열적 가열 방식은 순간 가열속도가 2000 K/s 이상으로 매우 급속하며 가열체(30)를 이루는 PDMS 고분자 박막의 두께가 얇아 열용량이 작으므로 자연 대류에 의한 냉각도 빠르다.
이를 통해 5초의 음향열적 가열과 20초의 자연 대류에 의한 냉각으로 이루어진 열주기를 구현하여 감온변색 디스플레이 장치의 색변화를 관찰하면 도 8과 같으며 이때 원 안의 색이 디스플레이부(3)에 표시되는 온도 및 색상을 의미한다.
이하, 본 발명의 감온변색 디스플레이 장치에 대한 다른 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 설명하되, 전술한 제1 실시예와 동일 및 유사한 구성에 대해서는 동일 참조부호를 사용하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
도 9는 도 1의 제2 실시예에 따른 감온변색 디스플레이 장치가 1행 3열 형태로 배치된 IDT(Interdigital Transducer) 전극에 시분할 다중화 교류 신호를 인가하여 선택적으로 디스플레이부를 가열하여 구동되는 셔터형 감온변색 디스플레이 장치를 이용하여 다양한 색상을 표시하는 것을 나타내는 참고도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는, 전술한 제1 실시예와 비교해, 1행 3열로 배열된 형태의 IDT(Interdigital Transducer) 전극(도 9a)를 포함하는 가열 장치부(2)를 통해 별도의 스위치나 제어부 없이도 원하는 영역을 선택적으로 가열하여 디스플레이부(3)에서 원하는 영역의 시각적 정보만 선택적으로 전달할 수 있도록 있는 셔터형 감온변색 디스플레이 장치를 구성하여 다양한 시각적 정보를 전달하는 응용을 실시하도록 한다.
따라서, 디스플레이부(3)의 디스플레이 인쇄 시트(50)에 원하는 색상을 인쇄한 후, 변색온도 이하에서 검은색을 띠다가 변색온도 이상으로 가열되면 투명하게 변하는 감온변색 안료를 도포하면 미리 정해진 색상 정보를 표시하는 셔터형 감온변색 디스플레이 장치의 구현이 가능하게 된다(도 9b).
따라서, 복수의 변색온도를 가지며 각 변색온도의 이전과 이후 온도에서 다른 색상을 띠는 감온변색 안료를 사용하면 디스플레이부 내 기판에 원하는 색상을 인쇄하지 않고도 색상 정보를 표시할 수 있게 된다.
예를 들어, 40°C 이하의 온도에서는 파란색, 40°C 이상 60°C 이하의 온도에서는 주황색, 60°C 이상의 온도에서는 노란색을 띠는 감온변색 안료를 사용하고 시분할 다중화 교류 신호를 이용해 1행 3열 IDT(Interdigital Transducer) 전극으로 구성된 음향열적 가열 장치부(2)를 구동하면 동시에 다양한 색상을 표시할 수 있다 (도 9c).
이처럼, 셔터형으로 구동되는 감온변색 디스플레이 장치(1)는 다른 디스플레이 장치와 비교해 소형화가 쉽고 구동 방식이 간단하면서도 값싸게 복잡한 시각정보를 표시할 수 있으며, 이를 통해 다양한 색상으로 구성된 복잡한 형상의 시각적 정보도 셔터형 감온변색 디스플레이 장치를 통해 용이하게 구현할 수 있다. .
도 10는 본 발명의 제3 실시예에 따른 2행 2열 혼동행렬의 형태로 정보를 전달하는 감온변색 디스플레이 장치의 작동 상태를 나타내는 참고도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 감온벽색 디스플레이 장치(1)는, 전술한 제1 실시예와 비교하여, 2행 2열로 배열된 형태의 IDT(Interdigital Transducer) 전극(도 10a)를 통해 진단검사 결과를 통계학적으로 분석하기 위한 2행 2열 행렬인 혼동행렬(Confusion Matrix)를 시각적으로 표시하도록 구성되는 것을 예시한다(도 10b).
이처럼, 본 실시예의 감온벽색 디스플레이 장치(1)는 2행 2열 행렬에서 각 요소들은 진양성(1행 1열), 위양성(1행 2열), 위음성(2행 1열), 진음성 (2행 2열)을 의미한다. 각 요소들은 시각적 표시를 위해 엄지손가락 형상의 그림으로 표시되었으며 양성의 경우 '+'기호를, 음성의 경우 '-' 기호를 엄지손가락 형상 내부에 표시하였으며 진양성의 경우 초록색, 진음성의 경우 빨간색, 위양성과 위음성의 경우 검은색으로 표시하여 혼동행렬(Confusion Matrix)의 각 요소를 시각적으로 표시하도록 한다.
따라서, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는 종래 세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치가 미리 정해진 시각적 정보만 전달할 수 있다는 한계점을 지니는 반면에, 영어 알파벳 혹은 숫자의 형태로 사용자가 원하는 정보를 전달하는 응용을 실시할 수 있고, 장치 내 가열 장치부를 별도의 스위치나 제어부 없이도 2차원 시공간적인 제어가 가능하고, 디스플레이부(3) 내에 임의의 2차원 온도분포를 구현할 수 있으며 이를 통해 시각적 정보만 선택적으로 전달하는 것이 가능하게 된다.
도 11는 본 발명의 제4 실시예에 따른 3행 3열로 형태로 정보를 전달하는 감온변색 디스플레이 장치의 작동 상태를 나타내는 참고도이다.
도 11을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는, 전술한 제1 실시예와 비교해, 3행 3열로 배열된 형태의 IDT(Interdigital Transducer) 전극(도 10a)를 포함하는 가열 장치부(2)를 포함하는 구성의 차이를 갖는다.
따라서, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는 3행 3열의 세그먼트형 감온변색 디스플레이 장치를 이루도록 하되 '1-2-3'과 같은 숫자(도 11b) 뿐만 아니라 'A-B-C'와 같은 영어 알파벳(도 11c) 형태의 시각적 정보 전달이 가능하다.
또한, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는 종래 셔터형 감온변색 디스플레이 장치가 미리 정해진 시각적 정보만 전달할 수 있다는 한계점을 지니는 반면에, 영어 알파벳 혹은 숫자의 형태로 사용자가 원하는 정보를 전달하는 응용을 실시할 수 있고, 장치 내 가열 장치부를 별도의 스위치나 제어부 없이도 2차원 시공간적인 제어가 가능하고, 디스플레이부(3) 내에 임의의 2차원 온도분포를 구현할 수 있으며 이를 통해 시각적 정보만 선택적으로 전달하는 것이 가능하게 된다.
도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따라 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극을 이용한 감온변색 색구배 디스플레이의 작동상태를 나타내는 참고도이고, 도 13은 도 12에 따른 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극 배열 구조를 도시한 평면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 감온변색 디스플레이 장치(1)는, 전술한 제1 실시예와 비교해, 가열 장치부(2)의 IDT 전극(10)이 길이 방향을 따라 경사지게 형성되는 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극(도 11a) 형태로 이루어지는 구성의 차이를 갖는다.
이처럼, SIDT 전극(20)을 이루는 제1 손가락 전극(22) 및 제2 손가락 전극(26)들을 길이방향을 따라 너비와 간격이 선형적으로 가변되는 경사형 배열 구조로 형성함으로써, IDT 전극(20)에 대응되게 사용되는 교류전류 주파수 대역을 확장할 수 있을 뿐만 아니라 인가되는 교류 전류의 주파수 값에 따라 제1 및 제 2 손가락 전극들(22, 26)의 길이 방향을 따라 이동하며 이에 대응되는 지간 거리를 갖는 위치로 가열 부위를 가변시킬 수 있다.
따라서, 특정 주파수를 갖는 교류 신호가 인가되었을 때, 인가된 주파수에 해당하는 공진주파수를 갖는 특정 영역만 공진하여 표면 탄성파를 발생시킨다. 이를 이용하여 1행 혹은 1열로 이루어진 세그먼트형 감온변색 디스플레이를 구현할 수 있다. 예를 들어, 색상이 있는 영어 알파벳이나 기호를 표시하거나(도 11b), 진단검사의 결과를 정량적으로 표시할 수 있는 레벨 표시(도 11c)가 가능하다.
종래의 감온변색 디스플레이 장치(1)는 줄 가열 혹은 탄소나노튜브 필름 가열과 같은 표면 가열 기반의 사각형 형태의 가열 장치부로 구성됨에 따라, 사각형 형태의 영역 내에서 일정한 온도 분포를 가지기 때문에 온도구배를 형성하기 위해서는 복수의 가열 장치부를 나열하여 각기 다른 크기의 전압을 인가하는 방식으로 불연속적인 온도구배를 형성한다.
그러나, 시분할 다중화 교류 신호를 통해 복수의 주파수를 갖는 교류신호를 인가하여 경사진 SIDT(Slanted Finger Interdigital Transducer) 전극 내 복수의 영역에서 표면 탄성파를 발생시키면 기존 가열 방식과 달리 연속적인 온도구배를 형성할 수 있고, 이를 통해 다른 가열 방법들이 구현하기 어려운 연속적인 선형 온도구배를 형성할 수 있다. 이러한 선형 온도구배를 특정 변색온도가 아닌 특정 온도 구간을 통해 점진적으로 감온변색이 일어나는 감온변색안료(도 12)를 사용하면 연속적인 공간적인 정보를 시각적으로 표시하는 정보 감온변색 색구배 표시가 가능하다(도 12d).
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 감온변색 디스플레이 장치 2: 가열 장치부
3: 디스플레이부 10: 압전 기판
20: IDT 전극(SIDT 전극) 21: 제1 전극 단자
22; 제1 손가락 전극 25: 제2 전극 단자
26: 제2 손가락 전극 30; 가열체
40: 신호 발생기 50: 디스플레이 인쇄 시트
60: 감온변색안료 도포층(감온변색 필름)

Claims (12)

  1. 음향열적 가열 방식으로 구동되는 가열 장치부; 및
    상기 가열 장치부에 가역적으로 교접하여, 감온변색 안료의 색상 변화를 기반으로 시각적 정보를 전달하는 디스플레이부;를 포함하고,

    상기 가열 장치부는,
    표면탄성파를 발생시키도록 교차 배열 형상을 가지고 IDT(Interdigital Transducer) 전극이 형성된 압전 기판; 및
    상기 IDT 전극이 형성된 상기 압전 기판 상에 교접하며, 상기 압전 기판에 발생된 표면탄성파를 흡수하여 발열되는 점탄성 물질로 이루어지는 가열체;를 포함하며,

    상기 가열 장치부는,
    상기 가열체 내에 가열 온도가 서로 다른 적어도 하나 이상의 가열존을 갖도록 상기 IDT 전극이 배열되며,

    상기 각 가열존은,
    적어도 하나 이상이 서로 다른 상기 IDT 전극들의 교차 배열 형상을 가지고 형성되는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 가열체는,
    실리콘 기반 폴리머(Silicone-based polymers), 고분자화합물(Plastics), 고무(Rubber) 또는 종이(Paper)중에 선택된 어느 하나 이상의 점탄성 물질로 이루어지는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 각 가열존들 내에서 상기 IDT전극에 의해 발생하는 표면탄성파는 5MHz 내지 200MHz 주파수 범위 이내로 이루어지는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 가열 장치부는,
    상기 각 가열존들을 가열 제어하도록 전류 신호를 발생시키는 신호 발생기;를 더 포함하는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 신호 발생기는,
    상기 IDT 전극 내에 선정된 상기 가열존들을 시분할 다중화 교류 신호를 통해 순차적으로 또는 동시에 가열하도록 MATLAB CODE;를 포함하는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 가열 장치부에 가역적으로 분리 가능하게 교접하며 시각적 정보가 인쇄되는 디스플레이 인쇄 시트; 및
    상기 디스플레이 인쇄 시트 기판 상에 형성되는 감온변색안료가 도포되어 형성되는 감온변색안료 도포층;을 포함하는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 디스플레이 인쇄 시트는,
    상기 가열 장치부와의 사이에 접촉 매질층 또는 점착층이 개재되는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  11. 제9항에서,
    상기 감온변색안료 도포층은,
    상기 디스플레이 기판 상에 점착되며 감온변색안료가 도포된 투명재질의 감온변색 필름;으로 이루어지는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 감온변색 필름은,
    투명한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 재질로 이루어지는 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치.
KR1020160046252A 2016-04-15 2016-04-15 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치 KR101810066B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160046252A KR101810066B1 (ko) 2016-04-15 2016-04-15 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160046252A KR101810066B1 (ko) 2016-04-15 2016-04-15 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170118453A KR20170118453A (ko) 2017-10-25
KR101810066B1 true KR101810066B1 (ko) 2017-12-20

Family

ID=60300149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160046252A KR101810066B1 (ko) 2016-04-15 2016-04-15 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101810066B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200079616A (ko) 2018-12-26 2020-07-06 한국과학기술원 음향 방사력을 이용한 마이크로 스케일 액적 내 입자의 세정 및 농축 장치와 방법
KR20210012723A (ko) 2019-07-26 2021-02-03 한국과학기술원 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002258326A (ja) 2001-03-06 2002-09-11 Koji Toda 超音波液晶ディスプレイ
JP2004226581A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Koji Toda 反射型液晶ディスプレイ
JP2010204648A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Qinghua Univ 熱変色性素子及びそれを利用した表示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002258326A (ja) 2001-03-06 2002-09-11 Koji Toda 超音波液晶ディスプレイ
JP2004226581A (ja) * 2003-01-22 2004-08-12 Koji Toda 反射型液晶ディスプレイ
JP2010204648A (ja) * 2009-02-27 2010-09-16 Qinghua Univ 熱変色性素子及びそれを利用した表示装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200079616A (ko) 2018-12-26 2020-07-06 한국과학기술원 음향 방사력을 이용한 마이크로 스케일 액적 내 입자의 세정 및 농축 장치와 방법
US11369961B2 (en) 2018-12-26 2022-06-28 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Apparatus and method for washing and concentrating microparticles encapsulated in microscale droplets using acoustic radiation force
KR20210012723A (ko) 2019-07-26 2021-02-03 한국과학기술원 미소동물 분리를 위한 미세유체역학 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170118453A (ko) 2017-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101810066B1 (ko) 음향열적 가열을 통한 감온변색 디스플레이 장치
TWI691361B (zh) 包含具薄膜電晶體及電容感測之雙基板的數位微流體裝置
CN110987029B (zh) 一种多功能柔性传感器及其制备方法和应用
Park et al. Spatiotemporally controllable acoustothermal heating and its application to disposable thermochromic displays
EP1998886B1 (en) Microelectronic device with heating array
TW201842181A (zh) 流體測試卡匣
CN101541667B (zh) 利用基于pdms的导电复合材料构建平面及三维微结构
KR20120111607A (ko) 압전 효과를 이용한 그래핀 터치 센서
KR20130049174A (ko) 디스플레이 요소들
CN101301990A (zh) 用于芯片实验室的声表面波微流体驱动器及其制造方法
JP2007149598A (ja) シート状温度制御装置
Aksoy et al. Latchable microfluidic valve arrays based on shape memory polymer actuators
JP2005150146A (ja) フレキシブル検知装置
US20120146463A1 (en) Reconfigurable Printed Circuit Sensor Systems
CN112747844B (zh) 一种三明治结构触觉传感阵列制备方法
Cui et al. Design and experiment of a PDMS-based PCR chip with reusable heater of optimized electrode
KR20170133536A (ko) Dc 히터
Wang et al. An asymmetric electrode for directional droplet motion on digital microfluidic platforms
KR20170103487A (ko) 자유형태 온도구배의 형성 및 동적 제어가 가능한 음향열적 미소 가열 장치
JP2010079174A5 (ko)
JP2015200611A (ja) カロリメトリックバイオセンサ
US11433392B2 (en) Microfluidic chip, apparatus, system, and control and preparation method therefor
Pardo et al. Gas measurement systems based on IEEE1451. 2 standard
Lee et al. A microheater on polyimide substrate for hand-held realtime microfluidic polymerase chain reaction amplification
CN101983335A (zh) 用于机械地变形细胞的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right