KR20070068382A - 연장된 전기－광학 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 단부와 반대 제 2 단부를 갖는 전기-광학 디바이스에 있어서, 전기-광학적 활성부; 제 1 단부와 반대 제 2 단부를 갖는 제 1 전극; 및 제 1 단부와 반대 제 2 단부를 갖는 제 2 전극을 포함하고, 상기 전기-광학적 활성부(10)는 적어도 부분적으로 상기 제 1 및 제 2 전극들(8,12) 사이에 위치되고, 상기 전기-광학적 활성부(10)는 상기 전기-광학 디바이스(4) 내의 미리 결정된 영역의 위치가 제어될 수 있도록 상기 전기-광학 활성부의 상기 미리 결정된 영역(6)의 광학 상태를 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함하는, 전기-광학 디바이스에 관한 것이다.

전기-광학, 도전성 코어, 도전체

Description

연장된 전기－광학 디바이스{ELONGATED ELECTRO－OPTIC DEVICE}

본 발명은 다른 치수들보다 실질적으로 큰 하나의 치수를 갖는 전기-광학 디바이스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다른 치수들보다 실질적으로 더 큰 길이를 갖고 이 길이에 따라 어드레스될 수 있는 연장된 전기-광학 디바이스에 관한 것이다.

이것의 예는 섬유 또는 필라멘트, 특히 그 안에 포함된 하나 이상의 표시 디스플레이들을 갖는 옷감 또는 의류에 포함하기에 적절한 것이다.

또 다른 예는 복수의 분리된 광들(lights)로 이루어진 호스(hose)를 포함하는 이른바 로프라이트(ropelight)이며, 이는 제어가능하게 어드레스될 수 있고 표시 디스플레이 또는 장식 조명으로서 이용될 수 있다.

색채 변화를 경험할 수 있는 전기-광학 물질로부터 형성된 다양한 유형들의 섬유 또는 필라멘트들이 알려져 있다. 예를 들어, 전자 발광(electro-luminescent) 물질 또는 폴리 LED 물질과 같은 전기-광학적 활성 물질로부터 섬유 또는 필라멘트를 형성하는 것이 알려져 있다. 연장된 전기-광학 디바이스를 형성하는 전기-광학 물질로서, 액정들, 전기영동 입자 서스펜션스(electrophoretic particle suspensions) 또는 전기 발색(electrochrome) 물질들을 이용하는 것이 또한 가능하다.

일반적으로, 이런 유형의 알려진 모든 섬유들 및 필라멘트들은 동일한 기본 구조를 갖고, 다음을 포함한다:

1. 섬유 또는 필라멘트의 중심에서 또는 중심을 향해 섬유 또는 필라멘트를 통해 축방향으로 뻗는 도전성 코어 또는 전극;

2. 상기 코어 전극을 코팅하는 전기-광학층; 및

3. 투명한 도전성 외부 전극.

코어 전극과 외부 전극 사이에 전압 차를 인가함으로써, 전기장이 전기-광학층에 생성된다. 생성된 전기장은 섬유 또는 필라멘트의 전체 길이를 따라 균질이며, 전기-광학층의 광학 상태에 변화를 유도한다. 광학 상태의 변화는 전기-광학 층을 형성하는 물질 및 전극들의 양단에 인가된 전기장에 종속한다.

덧붙여, 분리된 전구들 또는 LED들로 이루어진 다양한 유형들의 로프라이트들이 알려져 있다. 로프라이트는 전형적으로 호스의 길이를 따라 뻗고, 두 전극 전선들 사이의 전위 차에 의해 모두 공급되는 복수의 분리된 광원들(예컨대, 백열 전구들 또는 LED들)로 이루어지는 두 개의 전극 전선들을 포함한다. 또한, 로프라이트의 광학 현상은 호스의 전체 길이를 따라 균일하거나, 또는 적어도 주기적으로 반복된다.

본 발명의 목적은, 디바이스의 광학적으로 활성인 부분의 길이 및 위치가, 디바이스의 일부를 형성하는 제 1 또는 제 2 전극을 따라 위상 지연을 수행함으로써 제어될 수 있는 전기-광학 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 제 1 단부와 반대 제 2 단부를 갖는 전기-광학 디바이스에 있어서,

전기-광학적 활성부;

제 1 단부와 반대의 제 2 단부를 갖는 제 1 전극;

제 1 단부와 반대 제 2 단부를 갖는 제 2 전극을 포함하는 전기-광학 디바이스가 제공되고,

상기 전기-광학적 활성부는 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 적어도 부분적으로 위치되고, 상기 전기-광학 디바이스는 상기 전기-광학적 활성부의 미리 결정된 영역의 광학 상태를 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함하여, 상기 전기-광학 디바이스 내 미리 결정된 영역의 위치가 제어가능하도록 한다.

바람직하게는, 미리 결정된 영역의 길이는 또한 제어가능하다.

본 발명에 의해, 미리 결정된 영역의 위치 또는 영역의 길이, 또는 영역의 길이 및 위치 모두가 제어 가능할 수 있는 방식으로, 전기-광학 디바이스의 미리 결정된 영역의 광학 상태를 제어하는 것이 가능하다.

이것은, 전기-광학적 활성층의 광학 상태를 전극들의 전체 길이에 걸쳐 균질하게 변화시키는 것만이 가능했던 알려진 색채 변화 전기-광학 디바이스들과 예리한 대조를 이룬다. 실제로, 이것은 알려진 색채 변화 전기-광학 디바이스의 광학 상태가 디바이스 전체 길이를 따라 동일하다는 것을 의미한다.

즉, 알려진 색채 변화 섬유에서, 전기-광학적 활성부가 온 상태에 있는 임계 전압 이상, 및 오프 상태에 있는 임계 전압 이하의 임계 전압을 갖는 물질로부터 형성될 때, 전체 섬유는 발광하는 온 상태이거나 발광하지 않는 오프 상태일 수 있다.

본 발명에 의해, 전기-광학 디바이스의 길이를 따라 전기-광학적 활성부의 광학 상태를 변화시키는 것이 가능하여, 연장된 전기-광학 디바이스의 가변 부분 및 가변 길이가 온 상태일 수 있고 따라서 임의의 주어진 시간에 발광할 수 있다.

디바이스의 광학 상태는 디바이스가 내부 빛을 방사하거나, 외부 소스들로부터의 빛을 반사 또는 흡수하는 것일 수 있다. 사용시, 미리 결정된 영역의 광학 상태는 디바이스의 다른 부분이 발광하지 않을 때, 발광하도록 할 수 있다.

전기-광학 디바이스의 미리 결정된 영역은 디바이스의 일부만을 포함하거나 전체 디바이스를 포함할 수 있다.

본 발명은 특히 지시기(indicator)로서의 이용에 적합하거나 또는 의류에 포함된 지시기 또는 장식 조명으로서 적합하다.

유리하게, 전기-광학 디바이스는 축을 포함한다; 디바이스의 제 1 단부들, 제 1 전극 및 제 2 전극 각각이 축에 거의 수직한 제 1 평면에 있고, 디바이스의 제 2 단부들, 제 1 전극 및 제 2 전극 각각이 제 1 평면으로부터 이격되고 축에 거의 수직한 제 2 평면에 놓인다.

유리하게, 제어 수단은 전기-광학적 활성부 양단에 교류 전압 또는 교류 전압들을 인가하는 전압 수단을 포함한다.

전기-광학적 활성 물질 또는 소자의 광학 상태는 물질 또는 소자의 양단에 인가되는 전기장을 변화시켜 변경할 수 있다. 물질 또는 소자는 바람직하게는 문턱 전압을 갖는다. 문턱 전압 이하의 전기장이 물질 또는 소자에 인가될 때, 물질 또는 소자는 오프 상태를 유지하고, 발광하지 않는다. 문턱 전압 이상의 전기장들이 물질 또는 소자의 양단에 인가될 때, 물질 또는 소자는 발광하는 온 상태로 스위칭한다.

본 발명에 의해, 전기-광학적 활성층을 형성하는 물질 또는 소자의 문턱 전압은 디바이스의 길이를 따라 위치하는 미리 결정된 영역 또는 미리 결정된 영역들에서 초과될 것이다.

미리 결정된 영역의 길이는 전기-광학적 활성부 양단에 인가된 교류 전압들의 진폭을 변화시킴으로써 변경될 수 있다. 진폭들 사이의 차이를 증가시킴으로써, 미리 결정된 영역들의 길이가 증가할 것이며, 그 역도 성립한다.

바람직하게는, 전압 수단은 제 1 전극의 제 1 단부에 제 1 교류 전압을 인가하기 위한 제 1 전압원과, 제 2 전극의 제 1 단부에 제 2 교류 전압을 인가하기 위한 제 2 전압원을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로 거의 일정한 위상을 갖는 제 1 전압을 전달하도록 적응되고, 상기 제 2 전극은 위상 지연을 갖는 제 2 전압을 상기 제 2 전극의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로 전달하도록 적응된다.

유리하게는, 상기 제어 수단은 또한 제 3 전극; 상기 제 2 전극 내에 통합되는 복수의 유도성 소자들; 및 상기 제 2 및 상기 제 3 전극들 사이에 위치되는 복수의 용량성 소자(capacitive elements)들을 포함한다.

제 1 교류 전압은 제 1 전압원에 의해 제 1 전극의 제 1 단부에 인가될 수 있다. 이 제 1 전극은 그것의 전압이 전기-광학 디바이스의 길이에 걸쳐 거의 균일하도록 적응된다.

제 2 교류 전압은 제 2 전극의 제 1 단부에 인가될 수 있다. 제 2 전극은 그것의 전압이 그것의 제 1 단부에서 제 2 단부로 위상 지연을 가지고 전달되도록 적응된다.

위상 지연은 제 1 단부로부터 제 2 전극의 길이를 따라 증가하고, 제 2 전극을 따라 거의 중간에서 1/2 주기와 같고, 제 2 전극의 제 2 단부에서는 한 주기와 같다.

디바이스의 전기-광학적 활성부에 작용하는 전압은 주어진 위치 및 미리 결정된 순간에서 제 1 및 제 2 전극들 사이의 전압 차이와 같다. 따라서 전압 차이는 제 1 및 제 2 전압들 사이의 차이를 나타낸다.

본 발명의 제 1 실시예에서, 제 1 및 제 2 전압들의 위상들은 각 전극의 제 1 단부에서 같도록 선택된다. 이러한 실시예에서, 제 1 및 제 2 전압들의 진폭들은 또한 같도록 선택된다. 이것은 각 전극의 제 1 단부에서, 제 1 및 제 2 전압들 사이의 전압 차이가 거의 0이기 때문에, 디바이스의 전기-광학부에 작용하는 전압이 거의 0이라는 것을 의미한다. 즉, 제 1 및 제 2 전압들 사이에 상쇄 간섭(destructive interference)이 있다.

디바이스의 길이에 따른 중간에서, 제 2 전극의 위상은 제 2 전극의 제 1 단부에서의 위상에 비해 반 주기만큼 늦게 설정된다(따라서, 제 1 전극의 위상과 비교해서도), 이것은 이 지점에서 제 1 전압이 제 2 전압과 반대라는 것을 의미한다. 이것은 따라서 제 1 및 제 2 전압들 사이에 차이가 최대라는 것을 의미한다. 즉, 이 지점에서, 제 1 및 제 2 전압들은 서로 보강 간섭한다.

디바이스의 제 2 단부에서, 제 2 전압의 위상은 제 1 전압의 위상에 정확히 한 주기 늦는다. 이것은 디바이스의 제 2 단부에서, 제 1 및 제 2 전압들 사이의 위상 차가 다시 0 이 된다는 것을 의미하며, 따라서 전압 차이는 또한 0이 된다. 디바이스의 전기-광학적 활성부의 양단에 인가된 전압이 그 부분을 형성하는 전기-광학적 활성 물질의 문턱 전압 이상인 디바이스의 영역들에서, 빛이 방사된다.

바람직하게는, 제어 수단은 제 2 전극의 제 1 단부에서의 제 2 전압의 위상에 관하여, 제 1 전극의 제 1 단부에서의 제 1 전압의 위상을 조절가능하게 변화시킨다.

이것은 전압이 문턱값 이상인 전기-광학적 활성부의 영역이 제 1 및 제 2 전극들 각각의 제 1 단부들에서의 제 1 및 제 2 전압들의 위상 차이에 따라 디바이스의 길이를 따라 미리 결정된 거리만큼 이동되도록 한다. 예를 들면, 반 주기의 위상 차이가 선택되면, 그 후 전기-광학적 활성부에 걸친 최대 전압 차이가 디바이스의 제 1 및 제 2 단부들 모두에서 일어나는 반면, 디바이스에 따른 중간 지점에서 전압 차이는 0이 될 것이다.

유리하게, 제어 수단은 제 2 전압에 비례하여 제 1 전압의 진폭을 조절가능하게 변화시키도록 적응된다.

편리하게, 제어 수단은 제 2 전압에 비례하여 제 1 전압의 주파수를 조절가능하게 변화시키도록 적응된다.

유리하게는, 전기-광학적 활성층은 전기-광학적 활성 물질을 포함하고, 전기-광학 디바이스는 섬유 또는 필라멘트를 포함한다.

바람직하게는, 섬유 또는 필라멘트는 거의 원통 형태이다.

바람직하게는, 다른 유형들의 전기-광학적 활성 물질이 또한 이용될 수 있지만, 전기-광학적 활성층은 전기-발광 물질을 포함한다.

바람직하게는, 제 2 전극은 복수의 코일들을 갖는 감긴 코일 형태로 긴 도전체를 포함한다.

유리하게, 전기-광학 디바이스는 또한 긴 도전체의 인접한 코일들 사이에 형성된 절연 코팅을 포함한다. 이것은 인접한 코일들이 서로 단락되는 것을 방지한다.

편리하게, 절연 코팅은 전기-광학적 활성층에 의해 방사된 빛이 섬유를 통해 전달되도록 투명하다.

바람직하게는, 제 3 전극은 디바이스의 외부 표면에 인접하게 위치된다. 제 3 전극은 제 2 전극에 용량적으로 결합된 외부 도전성 코팅을 포함한다. 외부 도전성 코팅은 접촉에 안전한 접지층으로서 기능하기 위해 접지될 수 있다.

유리하게, 제 3 전극에 대한 분명한(well-defined) 용량성 연결을 확립하기 위하여, 제 2 전극의 감긴 코일은 절연성 외부 코팅을 포함한다. "분명한(well-defined)"이라 용어는 여기에서, 용량성 연결이 재생성될 수 있고, 제 2 및 제 3 전극들 사이에 신뢰성있는 분리가 있다는 것을 의미한다. 덧붙여, 제 3 전극에 대한 원하지 않는 저항성 연결의 가능성이 최소화된다.

전기-광학적 활성층으로부터 방사된 빛이 섬유를 통해 전달되게 할 수 있도록 외부 도전성 코팅이 투명한 것이 바람직하다.

대안적으로, 전기-광학적 활성부는 복수의 LED들을 포함하고, 전기-광학 디바이스들은 로프라이트들을 포함한다. LED들은 발광에 대한 문턱 전압으로 인하여, 본 발명의 사용에 특히 적절하다.

본 발명의 제 2 양상에 따르면, 전기-광학 활성 물질을 포함한 전기-광학 디바이스의 제조 방법에 있어서,

(a) 제 1 긴 도전성 부재 주변에 전기-광학적 활성 물질의 층을 적층하는 단계;

(b) 상기 층을 경화하는 단계;

(c) 상기 경화된 전기-광학적 활성 물질 주변에 제 2 긴 도전성 부재를 감는 단계;

(d) 상기 제 2 도전성 부재의 인접한 코일들 사이에 절연성 물질을 적층하는 단계;

(e) 상기 연장된 전기-광학 디바이스 주변에 도전성 코팅을 적층하는 단계를 포함하는 방법에 제공된다.

본 발명의 제 2 양상의 더 유리한 특징이 첨부된 제 20 항에 설명된다.

본 발명의 제 3 양상에 따르면, 각각의 전극이 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는, 제 1 전극, 제 2 전극들, 및 제 1 전극과 제 2 전극들 사이에 적어도 부분적으로 위치한 전기-광학적 활성부를 포함한 전기-광학 디바이스를 구동하는 방법에 있어서,

상기 제 1 전극의 제 1 단부에 제 1 전압을, 상기 제 2 전극의 제 1 단부에 제 2 전압 차이를 인가함으로써, 상기 전기-광학적 활성층 양단에 교류 전압을 인가하는 단계; 및

상기 제 2 전극에 위상 지연을 도입하는 단계로서, 이에 의해 상기 전기-광학적 활성층 양단의 상기 교류 전압 차이의 진폭을 제어하는 상기 도입 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제 3 양상의 바람직하고 유리한 특징들이 첨부된 제 22 항 내지 제 24 항에서 설명된다.

본 발명은 또한 첨부한 도면을 참조하여 단지 예로써 설명될 것이다:

도 1a 및 1b는 종래 색채 변화 섬유의 개략적인 도면들이다;

도 2a 내지 2f는 본 발명에 따른 섬유 형태의 전기-광학 디바이스의 개략적인 도면들이다;

도 3은 본 발명에 따른 섬유 형태의 전기-광학 디바이스의 구체화된 개략적 도면이다;

도 4는 도 3의 전기-광학 디바이스를 나타내는 전기 회로이다;

도 5는 제 1 및 제 2 전극들 각각에 인가된 제 1 및 제 2 전압들 사이의 다양한 위상차들에 대한, 전기-광학 디바이스 내의 발광 전력의 변동을 도시한 그래프이다;

도 6은 도 4의 디바이스의 발광 단면의 길이가 제 1 전극 및 제 2 전극 각각에 인가되는 제 1 및 제 2 전압들의 진폭을 변화시킴으로써 어떻게 변경될 수 있는지를 나타내는 그래프이다;

도 7은 본 발명의 제 2 실시예의 개략적 표현이다; 및

도 8은 제 2 전극을 따라 위상 지연이 어떻게 유도될 수 있는지를 도시한 회로도이다.

도 1a 및 1b를 참조하면, 종래의 색채 변화 섬유가 일반적으로 참조 번호 2로 지시되어 있다. 알려진 색채 변화 섬유들은 일반적으로 투명 코팅 형태의 외부 전극 및 내부 코어 전극을 포함한다. 내부 및 외부 전극들 사이에 전기-광학적 활성 물질이 있다. 도 1a에서, 전기-광학적 활성 물질은 오프 상태로 도시되고, 도 1b에서 전기-광학적 활성 물질은 발광하는 온 상태로 도시되어 있다. 종래의 색채 변화 섬유들에서, 전체 섬유가 온 상태 또는 오프 상태를 갖도록 하는 것만이 가능 하다. 즉, 전체 섬유가 발광하거나 발광하지 않도록 하는 것만 가능하다.

이제 도 2a 내지 2f를 참조하면, 섬유 형태의 본 발명에 따른 전기-광학 디바이스가 일반적으로 참조 번호 4로 지정되어 있다. 본 발명에 따르면, 이하에서 보다 상세하게 설명될 바와 같이, 미리 결정된 영역(6)의 길이 및 위치가 제어될 수 있도록 디바이스(4)의 미리 결정된 영역의 광학 상태를 변경하는 것이 가능하다.

도 2a에서, 전체 디바이스는 오프 상태에 있고, 따라서 빛이 발산되지 않는다.

도 2b 내지 2f 각각에서, 디바이스(4)는 미리 결정된 영역(6)을 가지며, 영역(6)의 광학 상태는 그 영역이 빛을 방사하는 반면, 디바이스의 나머지는 빛을 방사하지 않도록 한다. 도 2b 내지 2f에서 볼 수 있는 바와 같이, 미리 결정된 영역(6)의 길이 및 위치는 본 발명의 수단에 의해 제어될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 섬유(4)가 더욱 상세히 도시된다. 섬유(4)는 내부 도전성 코어의 형태로 제 1 전극(8)을 포함한다. 전극(8)은 낮은 저항의 도전성 코어 전선, 예컨대 구리를 포함한다.

디바이스(4)는 전기-광학적 활성층(10)의 외부 표면을 따라 감겨진 긴 부재(elongate member) 형태로 제 2 전극(12)을 더 포함한다. 제 2 전극(12)은 인접한 코일들(14) 사이에 공간들이 있도록 감기며, 이 공간을 통해 전기-광학적 활성층(10)으로부터 발산된 빛이 디바이스를 벗어날 수 있다.

절연 물질(16)은 인접한 코일들(14) 사이에 적층된다. 절연 코팅이 또한 제 2 전극(12)을 감싸도록 적층된다.

디바이스(4)는 예컨대, ITO로 형성된 투명 도전성 코팅(18)의 형태의 제 3 전극을 더 포함하며, 이는 디바이스 주변에 적층된다. 투명 도전성 코팅(18)은 접지층으로서 기능하며, 이는 접촉하여도 안전하다. 동시에 층은 제 2 전극(12)에 용량성으로 결합된다.

디바이스(4)는 제 1 전극(8) 위에 전기-광학적 활성층(10)을 적층하여 형성된다. 층(10)이 경화될 때, 제 2 전극(12)은 층(10)의 외부 표면 주변으로 감긴다. 그 후, 절연층은 인접한 코일들(4) 사이에 및 그 주변에 적층된다. 마지막으로 코팅(18)은 디바이스(4) 주변에 적층된다.

본 발명의 일 실시예에서, 제 2 전극(12)은 이미 전극의 외부 표면상에 절연층을 갖는다. 이것은 전기-광학 활성층(10) 주위에 긴 부재가 감겼다면, 긴 부재 위에 어떠한 추가적인 절연 물질도 위치할 필요가 없다는 것을 의미한다. 이것은 더욱 정확하게 정의된 절연체 두께를 갖도록 해준다. 이것은 제 2 전극(12)과 투명 코팅(18) 사이에 일어나는 단락의 가능성을 감소시킨다.

제 1 전압이 제 1 전극(8)에 인가되고, 제 2 전압이 제 2 전극(12)에 인가된다. 제 2 전극(12)은 섬유의 길이를 따라 감긴 코일을 포함하고, 이 코일은 제 3 전극(18)에 용량성으로 결합되며, 위상 지연은 제 2 전극(12)의 길이를 따라 전압에 도입된다. 제 1 전극(8)은 그러나, 섬유의 길이를 따라 거의 일정한 전압을 갖는 전기 신호를 갖는다.

섬유의 길이에 따른 특정 위치들에서 및 특정 순간에, 제 1 및 제 2 전극들 사이에 약 180°(반 주기)의 위상 차이가 있다. 이들 위치들에서, 전기-광학적 활성층(10)에 작용하는 전압은 최대가 될 것이고, 전기-광학적 활성층의 광학적 활성화를 위한 문턱값을 초과하도록 배열된다.

제 2 전극(12)과 제 3 전극(18) 사이의 용량성 결합(C)과 자기-인덕턴스(L)는 신중하게 조정된다. 덧붙여, 제 2 전극(12)은 그 특정 임피던스를 가지고, 일 단부에서 접지로 신중히 종결된다. 제 2 전극(12)을 따라 위상 지연을 일으키기 위해 필요한 조건들은 도 8을 특히 참조하여 더욱 상세히 이하에서 설명된다.

다시 도 4로 돌아가면, 도 3에 도시된 섬유(4)를 나타내는 전기 회로가 도시된다. 회로는 3개의 전위 선들, 접지선(20), 코일선(22) 및 코어 또는 균일 위상선(24)을 포함한다. 선들(20,22,24)의 수평 길이는 디바이스(4)의 길이에 대응한다.

코일선(22)은 제 2 전극(12)을 나타내며, 이는 본 실시예에서 도 3에 도시된 바와 같이 코일의 형태이다. 코어 또는 균일 위상선(24)은 제 1 전극(8)을 나타낸다. 접지선(20)은 제 3 전극(18)을 나타낸다. 제 2 전극(12)은 복수의 세그먼트들과 모든 세그먼트에 대한 복수의 자기-인덕턴스 소자들(L_coil), 모든 세그먼트에 대한 저항성 소자들(R_coil), 및 접지 라인에 대한 용량성 결합(C_coating)을 포함하는 것으로 생각될 수 있다. 세그먼트들의 개념은 섬유를 수학적으로 모델링될 수 있도록 하는데 이용된다. 섬유는 반드시 세그먼트들로부터 물리적으로 형성되는 것은 아니다.

도 3에 도시된 바와 같이 디바이스(4)의 좌측 단부로 표현되는 제 1 단부에서, 제 2 전극(12)(코일 선(22)을 나타냄)은 각 주파수(angular frequency)(ω)를 갖는 신호 생성기(V_coil)와 함께 제 3 전극(18)(접지선(20)을 나타냄)에 연결된다. 유도성 및 용량성 소자들 사이의 상호작용의 결과로서, 신호에서의 점진적인 위상 지연이 모델의 이웃하는 세그먼트들 사이의 것과 동일한 코일선의 길이를 따라 전개될 것이다.

도 3의 우측에 표시된 디바이스의 제 2 단부에서, 전극(12)(코일선(22)을 나타냄)은 저항(

)과 함께 전극(18)(접지선(20)을 나타냄)에 연결된다.

이 정합된 저항의 기능은 후위-반사된 신호들을 방지하기 위하여 제 2 전극(12)을 통한 인입 신호들을 "흡수"하는 것이다. 덧붙여, 코일 저항(R_coil)은 제 2 전극(12)의 길이에 걸쳐 신호의 동일한 진폭을 유지하기 위하여 코일의 인덕턴스 임피던스(ωL_coil)보다 작게 선택되어야 한다.

코일선(22) 및 균일 위상선(24)으로 각각 표현되는 제 2 전극(12) 및 제 1 전극(8) 사이에서, 전기-광학적 활성층(10)이 위치된다. 전기-광학적 활성층(10)은 제 전극(12)의 모델링된 세그먼트 마다 저항(R_optic) 및 캐패시턴스(C_optic)를 갖는다.

섬유(4)의 좌측 단부에서, 제 1 전극(8)(코어선(24)을 나타냄)은 ω의 각 주파수를 갖는 제 2 신호 생성기(Vcore)와 함께 제 3 전극(18)(접지선(20)을 나타냄) 에 연결된다. 도 4에 도시된 회로에서 0으로 표현되는 제 1 전극에 따른 낮은 저항으로 인해, 제 1 전극(8)을 따르는 위상 지연이 없다.

이것은 또한 ω의 각 주파수를 갖는 전기장들이 전기-광학적 활성층(10) 위에 생성될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 전기장들의 진폭은 제 1 전극(8)과 제 2 전극(12) 사이의 위상 차이에 의존할 것이다. 최대 진폭은 180°의 위상 차이를 갖는 위치들에서 일어날 것이고, 최소 진폭은 0°의 위상 차이를 갖는 위치들에서 일어날 것이다.

제 2 전극(12)에서의 전압의 위상이 디바이스(4)를 따라 변하기 때문에, 전기-광학적 활성층(10)의 양단에 인가되는 전기장의 진폭 또한 디바이스의 길이를 따라 변한다. 이것은 위상 조정가능한 영역들이 생성된다는 것을 의미하며, 그 영역에서 전기장 및 RMS 전력은 전기-광학적 활성층(10)의 광학적 활성화를 위한 문턱값을 초과한다. 디바이스를 따라 다른 영역들이 또한 생성되며, 그 영역에서는 전기장 및 RMS 전력이 전기-광학적 활성층(10)의 광학적 활성화를 위한 문턱값을 초과하지 않기 때문에 광학적 활동이 인지될 수 없을 것이다.

유리하게는, 제 3 전극에 결합하는 캐패시턴스(C_coating)는, 위상 지연을 결정하기 위하여 전기-광학적 활성층(10)의 등가 임피던스와 비교하여 그것의 임피던스가 작다는 것을 보장할 수 있을 정도로 충분히 크다.

이제 도 5로 돌아가면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연장된 전기-광학 디바이스를 통한 발광 전력의 변화가 디바이스를 따른 위치와 함께 그래픽적으로 도시 된다.

도 5에 도시된 결과들은 약 10cm 길이의 100개의 세그먼트들로 모델링된 디바이스에 기초한 것이다. 디바이스의 반경(r_fibre)(코어와 전기-광학층을 더함)은 5mm 였다. 제 2 전극(12)은 0.8mm 의 반경(r_wire)을 갖는 얇은 구리 전선과 13.8 마이크론의 외부 절연 코팅(r_coating)을 포함했다. 얇은 구리 전선은 섬유 길이(m)당 307의 감김 빈도(N/I)로 감겼다.

모델 세그먼트 당 전기-광학적 활성층(10)의 저항은 다음과 같았다: R_optic=100㏀.

모델 세그먼트 당 전기-광학적 활성층(10)의 캐패시턴스는 다음과 같았다: C_optic=100pF.

이러한 섬유에서, 섬유의 각각의 세그먼트는 모델 세그먼트 당 다음의 파라미터들을 갖는다.

* 코일의 자기-인덕턴스 :

* 코일의 저항 :

* 제 3 전극에 대한 캐패시턴스 :

* 단일의 단자 저항:

이 값은 6.28×10⁵ rad/sec 의 제 1 및 제 2 전극들 각각에 인가된 전압의 각 주파수에 대해 유효하다. 전체 섬유 길이에 대한 전체 위상 차이는

와 같을 것이다.

이것은 전체 위상 차이가 전극들에 인가된 전압의 주파수의 하나의 완전한 주기(360°)와 같다는 것을 의미한다.

각 세그먼트의 전기-광학 전력이 도 5에 도시되어 있다.

제 1 전극(8) 및 제 2 전극(12)의 좌측 단부에서 사인파 전압의 진폭들이 본 실시예에서 모두 115 볼트이도록 선택된다는 것을 알 수 있을 것이다.

제 1 전극(8) 및 제 2 전극(12)의 전압원들 사이의 위상 차이가 0 일 때, 라인(26)으로 표시되는 바와 같이, 그 후 디바이스를 따른 중간에서, 발광 전력이 최대이고, 라인(28)에 의해 표시되는 0.2 Watts 문턱 전력 이상이다. 두 전압원들 사이의 위상 차이가 0 일 때, 섬유에서 전력이 문턱값(28) 이상인 부분이기 때문에 섬유의 중간 부분이 발광할 것이다.

두 전압원들 사이의 위상 차이를 적절히 조정함으로써, 발광 부분은 디바이스의 길이를 따라 원하는 위치로 이동될 수 있다. 라인(30)은 Vcoil(제 2 전극(12)의 좌측 단부에서)과 Vcore(제 1 전극(8)을 따른 전체) 사이의 위상 차이가 -0.3일 때의 발광 전력 분포를 나타내고, 라인(32)은 전압원들 사이의 위상 차이가 0.1일 때 섬유에 따른 발광 전력의 변동을 나타낸다. 발광 전력이 문턱값(28)을 넘는 섬 유의 영역의 위치가 위상 차이가 변함에 따라 변화한다는 것을 알 수 있다.

이제 도 6으로 돌아가면, 도 5를 참조하여 전술된 바와 같은 동일한 파라미터들을 갖는 섬유(4)를 따른 발광 전력의 변화가 도시되어 있다. 그러나, 도 6에 도시된 실시예에서, 제 1 및 제 2 전극들(8,12)의 전압들의 진폭들이 서로 일치하지 않지만, 도 5를 참조하여 설명된 전압들의 총합과 동일할 때까지 더해지도록 선택된다. 즉, 이 예에서, 제 1 및 제 2 전극들(8,12)에 인가되는 전압들의 합은 230볼트이다.

문턱값(28)을 극복하여 발광하기에 충분한 전력을 갖고, 따라서 빛을 방사하는 디바이스(4)의 미리 결정된 부분의 길이가 제 1 및 제 2 전극들(8,12)에 제공되는 전압들의 차이에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 알 수 있다. 도 6을 참조하여 도시된 예에서, 제 1 및 제 2 전극들에 인가되는 전압이 모두 115 볼트인 경우에 가장 짧은 길이가 발생한다. 이것은 라인(34)에 의해 표시된다. 라인(36)은 제 1 전극(8)에 인가되는 전압이 173 볼트이고, 제 2 전극(12)에 인가되는 전압이 58 볼트일 때 이 영역의 길이가 어떻게 증가하는지를 보여준다. 제 1 전극(8)에 인가되는 전압이 196 볼트이고, 제 2 전극(12)에 인가되는 전압이 35 볼트일 때, 길이는 라인(38)에 의해 도시되는 바와 같이 더욱 증가한다. 마지막으로, 제 1 전극(8)에 인가되는 전압이 207 볼트이고, 제 2 전극(12)에 인가되는 전압이 23 볼트일 때, 미리 결정된 영역은 이 예에서 라인(40)에 의해 도시되는 바와 같이, 가장 긴 길이를 갖는다.

다른 실시예들에서, 구동 신호들(Vcoil,Vcore)은 장식용 조명 어플리케이션 들에 대해 흥미로울 수 있는 특별한 효과들을 생성하도록 제어될 수 있다.

예를 들어, 제 1(8) 및 제 2(12) 전극 신호들의 주파수들이 서로 약간 상이한 주파수들을 갖도록 선택될 때, 발광 부분은 점진적으로 섬유를 따라 이동할 것이다. 이것은 예컨대 제 1 및 제 2 전극들 사이에 초당 1 라디안의 방사 주파수에서의 차이에 대해, 발광 부분이 6.3초에 섬유의 전체 길이를 통해 이동할 것이라는 것을 의미한다.

또한, 제 1 및 제 2 전극들에 인가되는 신호들의 주파수의 크기는 도 8을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 제 2 전극(12)을 따른 전체 위상 편이에 비례한다. 이것은 제 1 및 제 2 전극들에 대한 두 신호들의 주파수들을 두 배로 함으로써 발광 부분들의 수가 2배가 된다는 것을 의미한다. 발광 부분들은 등-거리 위치들에서 생길 것이다. 이것은 종래의 "로프라이트"와 외관상 유사한 장식용 빛을 생성하는 것이 가능하지만, 발광 부분들의 수를 전기적으로 변화시키고 섬유의 길이를 따라 그것들을 이동시킬 수 있는 부가적인 가능성을 가질 수 있음을 의미한다.

본 발명의 실시예에 따라 섬유(4)의 구동 파라미터들에 대해 요약하기 위하여, 제 1 및 제 2 전극들(8,12)에 대한 전압들이 다음과 같이 정의된다면:

이때, 모든 구동 파라미터들의 함수들은 다음과 같다:

*

는 발광 부분들의 밝기(및 폭)를 제어한다.

*

는 발광 부분들의 폭을 제어한다.

*

는 발광 부분들의 수를 제어한다.

* 발광 부분들의 위치를 제어한다

* (섬유 길이를 따라 이동할 때) 발광 부분들의 속도를 제어한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예가 일반적으로 참조 번호 70으로 지시되어 있다. 섬유(70)는 내부 도전성 코어(74)를 따라 신장하는 긴 코일의 형태의 제 2 전극(72)을 포함한다. 섬유(70)는 제 2 전극(72)을 둘러싸는 전기-광학적 활성층(76)을 더 포함한다. 전기-광학적 활성층(76)은 투명 도전성 코팅 형태의 제 1 전극(78)에 의해 둘러싸인다. 내부 도전성 코어(74)는 제 3 전극으로서 동작한다.

섬유(70)는 도 4를 참조하여 전술된 방식과 유사한 방법으로 이용될 수 있다.

이제 도 8을 참조하면, 인덕터 전선을 따른 위상 지연의 유도에 대한 설명이 도시된다.

코일 저항(R)이 0이고, 정상 상태(steady state)에 있다면, 그 후 모든 전압들(Vn)이 동일한 방사 주파수(ω)와 동일한 진폭(V₀)을 갖는 사인파이고, 이웃하는 노드들 사이에서 위상-지연(

)이 존재한다고 가정하면, 이는 (복소수 표기에서) 다음을 의미한다:

다음, (이웃한 것의 차이) 전류들에 대해서는 다음과 같다:

이 차이는 커패시터를 통해 흐르는 전류와 일치해야만 한다:

그러면, 이웃하는 노드들 사이에 위상 차이에 대해 다음이 따른다(작은 에 대해 근사화):

종결 임피던스(Z_term)에 대해 다음과 같다(작은

에 대해 근사화):

0이 아닌 코일 저항(R)이 있는 경우에도, 상기 결과는 R<<ωL 인이라면 유지된다.

Claims (26)

1. 제 1 단부 및 반대 제 2 단부를 갖는 전기-광학 디바이스(4)에 있어서,

   전기-광학적 활성부(10);

   제 1 단부 및 반대 제 2 단부를 갖는 제 1 전극(8); 및

   제 1 단부 및 반대 제 2 단부를 갖는 제 2 전극(12)을 포함하고,

   상기 전기-광학적 활성부(10)는 적어도 부분적으로 상기 제 1 및 제 2 전극들(8,12) 사이에 위치되고, 상기 전기-광학 디바이스(10)는 상기 전기-광학 디바이스(4) 내의 미리 결정된 영역(6)의 위치가 제어될 수 있도록 상기 전기-광학 활성부의 상기 미리 결정된 영역의 광학 상태를 제어하기 위한 제어 수단을 더 포함하는, 전기-광학 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 미리 결정된 영역의 길이는 제어될 수 있는, 전기-광학 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제어 수단은 상기 전기-광학적 활성부의 양단에 교류 전압을 인가하도록 적응된 전압 수단을 포함하는, 전기-광학 디바이스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전압 수단은 상기 제 1 전극의 상기 제 1 단부에 제 1 전압을 인가하기 위한 제 1 전압원과, 상기 제 2 전극의 상기 제 1 단부에 제 2 전압을 인가하기 위한 제 2 전압원을 포함하는, 전기-광학 디바이스.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 전극은 상기 제 1 전극의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로 실질적으로 일정한 위상을 갖는 제 1 전압을 전달하도록 적응되고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 전극의 상기 제 1 단부로부터 상기 제 2 단부로 위상 지연을 갖는 제 2 전압을 전달하도록 적응된, 전기-광학 디바이스.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 제어 수단은,

   제 3 전극;

   상기 제 2 전극에 통합된 복수의 유도성 소자들; 및

   상기 제 2 및 상기 제 3 전극들 사이에 위치된 복수의 용량성 소자들을 더 포함하는, 전기-광학 디바이스.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 수단은 상기 제 2 전극의 상기 제 1 단부에 인가될 때의 상기 제 2 전압에 비례하여, 상기 제 1 전극의 상기 제 1 단부에 인가될 때의 상기 제 1 전 압의 위상을 제어가능하게 변화시키도록 적응된, 전기-광학 디바이스.
8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 수단은 상기 제 2 전압에 비례하여 상기 제 1 전압의 크기를 제어가능하게 변화시키도록 적응된, 전기-광학 디바이스.
9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 수단은 상기 제 2 전압에 비례하여 상기 제 1 전압의 주파수를 제어가능하게 변화시키도록 적응된, 전기-광학 디바이스.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전기-광학적 활성층은 전기-광학적 활성 물질을 포함하고,

    상기 전기-광학 디바이스는 섬유(4) 또는 필라멘트를 포함하는, 전기-광학 디바이스.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 섬유 또는 필라멘트는 실질적으로 원통 형태인, 전기-광학 디바이스.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전기-광학적 활성부(10)는 전기발광(electroluminescent) 물질을 포함 하는, 전기-광학 디바이스.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

    상기 제 2 전극은 복수의 코일들을 갖는 감긴 코일 형태의 긴 도전체를 포함하는, 전기-광학 디바이스.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 긴 도전체의 인접한 코일들(14) 사이에 형성된 절연 코팅(16)을 더 포함하는, 전기-광학 디바이스.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 절연 코팅(16)은 상기 긴 도전체를 감싸는, 전기-광학 디바이스.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    상기 절연 코팅(16)은 투명한, 전기-광학 디바이스.
17. 제 6 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 3 전극은 외부 도전성 코팅(18)을 포함하는, 전기-광학 디바이스.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 3 전극(18)은 투명한, 전기-광학 디바이스.
19. 전기-광학 디바이스의 제조 방법에 있어서,

    (a) 제 1 긴 도전성 부재(8) 주변에 전기-광학적 활성 물질(10)의 층을 적층하는 단계;

    (b) 상기 층을 경화하는 단계;

    (c) 상기 경화된 전기-광학적 활성 물질 주변에 제 2 긴 도전성 부재(12)를 감는 단계;

    (d) 상기 제 2 도전성 부재의 인접한 코일들(14) 사이에 절연성 물질(16)을 적층하는 단계;

    (e) 섬유 또는 필라멘트 주변에 도전성 코팅(18)을 적층하는 단계를 포함하는, 전기-광학 디바이스 제조 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    (f) 단계(c)를 수행하기 전에 상기 제 2 긴 도전성 부재 주변에 절연 물질(16)의 층을 적층하는 단계를 더 포함하는, 전기-광학 디바이스 제조 방법.
21. 각각의 전극이 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 적어도 부분적으로 상기 제 1 및 제 2 전극들 사이에 위치되는 전기-광학적 활성부를 포함하는 전기-광학 디바이스의 구동 방법에 있어서,

    상기 제 1 전극에 제 1 전압을, 상기 제 2 전극에 제 2 전압을 인가함으로써, 전기-광학적 활성층 양단에 교류 전압 차이를 인가하는 단계; 및

    상기 제 2 전극에 위상 지연을 도입하는 단계로서, 이에 의해 상기 전기-광학적 활성층 양단의 상기 교류 전압 차이의 진폭을 제어하는, 상기 도입 단계를 포함하는, 전기-광학 디바이스 구동 방법.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 제 2 전극의 상기 제 1 전극에 인가될 때의 상기 제 2 전압의 위상에 대해, 상기 제 1 전극의 상기 제 1 단부에 인가될 때의 상기 제 1 전압의 위상을 제어하는 단계를 더 포함하는, 전기-광학 디바이스 구동 방법.
23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,

    상기 제 2 전압에 비례하여 상기 제 1 전압의 주파수를 제어하는 단계를 더 포함하는, 전기-광학 디바이스 구동 방법.
24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제 2 전압에 비례하여 상기 제 1 전압의 진폭을 제어하는 단계를 포함하는, 전기-광학 디바이스 구동 방법.
25. 제 10 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 전기-광학 디바이스 들(4)로부터 형성된 옷감 또는 직물.
26. 제 10 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 전기-광학 디바이스들(4)로부터 형성된 의류.

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