KR20070069159A - 컬러 전환 온도 표시기 - Google Patents

Abstract

제 1 유형의 광 방출과 제 2 유형의 광 방출(L2)을 제공하기 위해 온도 표시기(101)가 표면(116) 위에 제공되도록 적응된다. 이 온도 표시기(101)는, 상기 제 1 유형의 광 방출을 제공하기 위한 광 방출 다이오드(108)와, 상기 제 2 유형의 광 방출(L2)을 제공하기 위한 광 방출 전기화학 셀(109)을 포함한다. 광 방출 전기화학 셀(109)은 제 1 다이오드(120), 제 2 다이오드(121) 및 그들 사이에 끼워지고 매트릭스와 그 매트릭스에서 이동 가능한 이온을 포함하는 제 2 광 방출 층(113)을 가지고, 상기 매트릭스에서의 상기 이온의 이동도는 온도 의존적이다. 전원(105)이 AC 전압으로 셀(109)을 구동하도록 적응되고, 그것의 주파수는 표면 온도가 일정한 레벨을 초과할 때 상기 제 2 유형의 광 방출(L2)을 제공하는 식으로, 조정된다.

Description

컬러 전환 온도 표시기{COLOUR SWITCHING TEMPERATURE INDICATOR}

본 발명은 제 1 유형의 광 방출과 제 2 유형의 광 방출을 제공하기 위해 표면에 제공되도록 적응된 온도 표시기에 관한 것으로, 제 2 유형의 광 방출은 표면이 소정의 온도보다 높은 온도를 가질 때 방출된다.

많은 가전 제품에서, 사용 중에 고온이 수반된다. 그러한 가전 제품의 예로는 다리미, 물을 사용하는 요리 기구(water cooker), 요리용 철판(hot plate), 오븐 윈도우(window), 프라잉 팬(frying pan), 토스터기, 와플(waffle) 굽는 기구 등이 있다. 그러한 가전 제품을 사용하는 사람이 화상과 같은 상해를 회피하기 위해, 그러한 가전 제품을 사용하는 사람에게 뜨겁고 조심해야 한다는 것을 표시하는 표시기를 가질 필요가 존재한다. 고온을 표시하는 것은 보통 온도 센서, 그러한 센서에 결합된 제어 유닛 및 하나 이상의 등(lamp)을 가짐으로써 행해지고, 이러한 경고등은 센서가 미리 설정된 온도를 가리킬 때 제어 유닛에 의해 켜진다. 그러한 시스템의 일 예는 온도 감지 유닛으로부터 신호를 수신하는 제어기에 의해 제어되는 3개의 표시기 멤버를 가지는 다리미를 설명하는 US6,396,027B1에서 발견될 수 있다. US6,396,027B1에서 설명된 유형의 온도 표시기가 가지는 단점은, 그것이 복잡하고 다리미가 뜨거운지 또는 차가운지를 정확히 표시하기 위해 여러 구성 성분들 사이의 적당한 협조를 요구한다는 점이다. 고장난 등은 일 예로서, 실제로 다리미가 뜨거울 때 다리미가 차갑다는 부정확한 표현을 사용자에게 줄 수 있다. 또한 이러한 유형의 온도 표시기는 표면의 어느 부분이 뜨거운지, 다리미의 전체 표면이 그러한지 또는 다리미의 일부만 그러한지에 관한 어떠한 정보도 주지 않는다.

본 발명의 목적은, 정확하게 그리고 적은 비용으로 표면이 뜨거운지 차가운지에 대해 안전한 표시를 제공하는 온도 표시기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 제 1 유형의 광 방출과 제 2 유형의 광 방출을 제공하기 위해 표면에 제공되도록 적응된 온도 표시기에 의해 달성되고, 이러한 제 2 유형의 광 방출은 표면이 소정의 온도보다 높은 온도를 가질 때 방출되며, 이러한 온도 표시기는 상기 제 1 유형의 광 방출을 제공하기 위한 광 방출 다이오드를 포함하고, 이러한 광 방출 다이오드는 제 1 전극, 제 2 전극 및 그들 사이에 위치하는 제 1 광 방출 층을 가지며, 이러한 온도 표시기는 상기 제 2 유형의 광 방출을 제공하기 위한 광 방출 전기화학 셀을 더 포함하고, 이러한 광 방출 전기화학 셀은 제 1 전극, 제 2 전극 및 그들 사이에 위치하고, 매트릭스와 그 매트릭스에서 이동 가능한 이온을 포함하는 제 2 광 방출 층을 가지며, 상기 매트릭스에서의 상기 이온의 이동도는 온도 의존성이고, 온도 표시기는 AC 전압으로 광 방출 전기화학 셀을 구동하도록 적응된 전원을 더 포함하며, 그 AC전압의 주파수는 표면 온도가 일정한 레벨을 초과할 때, 광 방출 전기화학 셀이 상기 제 2 유형의 광 방출을 제공하는 식으로, 조정된다.

이러한 온도 표시기의 장점은 그것이 표면이 뜨거운지 차가운지의 정확한 표시를 제공한다는 점인데, 이는 제 1 유형 또는 제 2 유형과 같은 방출된 광의 유형이 광 방출 전기화학 셀이 일정한 주파수의 AC 전압으로 구동될 때, 온도 표시기의 고유한 성질이기 때문이다. 온도 표시기가 제 1 유형의 광을 방출하고, 이는 높은 온도에 의존적이지 않다는 사실로 인해, 사용자는 표면이 차가울 때에도 온도 표시기가 동작중인지 여부를 통지받는다. 온도 표시기는 잠재적으로 뜨거운 표면 위에 놓이도록 적응되므로, 표시된 온도가 그러한 표면의 관련된 온도가 아닐 위험은 존재하지 않는다. 온도 표시기는 특히 가전 제품의 거의 전체적인 뜨거운 표면과 같은 넓은 면적을 커버하기에 적합하고, 이로 인해 사용자가 가전 제품의 임의의 뜨거운 부분을 우연히 접촉할 위험이 감소된다. 광 방출 전기화학 셀은 전구 필라멘트와 같은 닳아지는 부분을 가지지 않고 따라서 고장의 위험은 최소화된다. 센서, 제어 유닛, 전원 및 경고등을 요구하는 종래 기술과 관련하여, 부품들의 개수가 감소되는데, 이는 본 발명에 따른 온도 표시기에서 광 방출 전기화학 셀은 센서와 경고등의 두 가지 기능을 모두 가지고, 한편으로는 제어 시스템의 역할도 하기 때문이다. 이는 제조 비용을 줄이고 또한 온도 표시기가 고온 표시에 실패할 위험을 줄인다. 어느 온도에서 광 방출이 시작되어야 할지에 대한 제어를 제공하는 것 외에, AC 전압은 1998년 G. Yu 등에 의해 Adv. Mater. 10, 385에 설명된 것과 같이, DC 전압으로 일어날 수 있는, 이온 전하 분포가 다소 영구적으로 "얼어붙는 것(frozen)"을 방지한다는 장점도 제공한다. 본 발명에 따른 온도 표시기의 또 다른 장점은, 표면이 뜨겁다는 것을 표시할 뿐만 아니라, 표면의 어느 부분이 뜨거운지도 표시한다는 점이다. 본 발명에 따른 온도 표시기가 다리미의 바닥과 같은 전체 표면에 부착되면, 광 방출 셀의 원리에 따라 온도가 광 방출 층으로 하여금 제 2 유형의 광을 방출하게 하기에 충분히 높은 표면의 부분에서만 제 2 유형의 광 방출이 일어나게 된다.

청구범위 제2항에 따른 방책의 장점은, 넓은 표면을 커버하기에 적합하고, 소수의 부품만을 가지는 얇은 온도 표시기를 제공한다는 점이다.

청구범위 제3항에 따른 방책의 장점은, 광 방출 다이오드와 광 방출 전기화학 셀이 공간적으로 짧거나 긴 거리만큼 분리될 수 있다는 점이다. 또 다른 장점은 다이오드에 의해 방출된 광이 전기화학 셀에 의해 방출된 광을 간섭하지 않는다는 점이다.

청구범위 제4항에 따른 방책의 장점은, 그것이 온도 표시기의 매우 소형인 설계를 제공한다는 것으로, 이는 다이오드와 전기화학 셀이 공통의 얇은 적층판을 형성할 수 있기 때문이다. 제조 비용을 더 적게 만드는 추가적인 소수의 부품이 필요하게 된다. 또 다른 장점은, 다이오드와 전기화학 셀이 공통 전극을 가질 때, 그들 중 하나가 나머지 하나가 작용하는 것과 동시에 고장나서 표면에서의 온도의 잘못된 느낌을 제공하게 될 위험이 거의 제거된다는 점이다.

청구범위 제5항에 따른 방책의 장점은, 정공과 전자가 재결합하여 광을 방출하는 광 방출 층의 정확한 위치가, 어느 전극으로부터 즉 어느 방향으로부터 정공과 전자가 주입되는지에 의존적이라는 점이다. 그러므로 어떤 한 바이어스에 있는 한 가지 유형의 광과 반대 바이어스에 있는 또 다른 유형의 광을 얻기 위해, 서로의 상부에서 상이한 특성을 광 방출 층에 제공하는 것이 가능하다.

청구범위 제6항에 따른 방책의 장점은, 그것이 낮은 온도에서도 정공과 전자의 주입을 제공하고, 이는 표면이 차가울 때도 제 1 유형의 광을 제공하는 것을 가능하게 한다는 점이다.

청구범위 제7항에 따른 방책의 장점은, 그것이 다이오드와 광 방출 전기화학 셀의 광 방출 층이 서로의 상부에 직접 쌓이지 않은 얇은 적층판을 제공한다는 점이다. 이는 제 1 광 방출 층과 제 2 광 방출 층에 관한 물질을 선택함에 있어 더 큰 자유를 제공한다.

청구범위 제8항에 따른 방책의 장점은, 제 1 유형의 광의 자동적인 희미해짐(dimming)을 제공한다는 점인데, 이는 전기화학 셀의 저항이 온도가 증가함에 따라 감소하고, 대부분의 전류가 다이오드가 아닌 전기화학 셀을 통과하게 만들기 때문이다.

청구범위 제9항과 제10항에 따른 방책의 장점은, 그것들이 제 2 유형의 광을 더 높은 온도에서 더 지배적인 것으로 만드는 바람직한 방식이라는 점인데, 이는 광 방출 전기화학 셀에 광 방출 다이오드보다 더 많은 전력이 제공되기 때문이다.

청구범위 제11항에 따른 방책의 장점은, 제 2 유형의 광이 적색 또는 오렌지색 광에 대응하는 하나의 컬러 포인트를 가지고, 제 1 유형의 광이 청색이나 녹색 광에 대응하는 또 다른 컬러 포인트를 가져 온도의 쉽게 이해 가능한 시작적인 표시를 제공한다는 점이다. 대안책으로 또는 바람직하게는 상이한 컬러 포인트들을 가지는 것 외에, 제 2 유형의 광의 세기는 제 1 유형의 광의 세기보다 강하게 만들어질 수 있어 원하는 시각적인 온도 표시를 제공한다.

청구범위 제12항에 따른 방책의 장점은, 그러한 온도 표시기가 표면이 뜨겁다는 것을 표시할 뿐만 아니라, 추가로 표면의 어느 부분이 가장 뜨겁고 어느 부분이 차가워 접촉될 수 있는지를 표시한다는 점이다. 그러므로 사용자가 표면의 뜨거운 부분의 우연히 접촉할 위험이 최소화된다.

청구범위 제13항에 따른 방책의 장점은, 광 방출 전기화학 셀을 통해 연장하는 열 접점(thermal contacts)이 셀을 통한 개선된 열 전달을 제공하고, 임의의 원치 않는 절연 영향을 감소시킨다는 점이다.

본 발명의 이들 및 다른 양상은 이후 설명된 실시예를 참조하여 분명해지고 자세히 설명된다.

이제 본 발명이 첨부 도면을 참조하여, 더 상세히 설명된다.

도 1은 3차원 도면으로 다리미의 전체 바닥에 제공된 온도 표시기를 개략적으로 도시하는 도면.

도 2는 부분 단면도로서, 도 1의 온도 표시기를 절단면(Ⅱ-Ⅱ)을 따라 도시하는 도면.

도 3a는 바닥의 온도가 25℃인 첫 번째 경우에서의 도 2의 부분(Ⅲ)의 확대 단면도.

도 3b는 바닥의 온도가 25℃인 두 번째 경우에서의 도 3a의 도면의 확대 단면도.

도 3c는 바닥의 온도가 25℃인 세 번째 경우에서의 도 3a의 도면의 확대 단면도.

도 3d는 바닥의 온도가 25℃인 네 번째 경우에서의 도 3a의 도면의 확대 단면도.

도 4a는 바닥의 온도가 90℃인 첫 번째 경우에서의 도 2의 부분(Ⅲ)의 확대 단면도.

도 4b는 바닥의 온도가 90℃인 두 번째 경우에서의 도 4a의 확대 단면도.

도 4c는 바닥의 온도가 90℃인 세 번째 경우에서의 도 4a의 확대 단면도.

도 4d는 바닥의 온도가 90℃인 네 번째 경우에서의 도 4a의 확대 단면도.

도 5는 상이한 온도에 있는 온도 표시기로부터의 광 방출을 표시하는 도면.

도 6a는 제 1 온도에서의 제 2 실시예에 따른 온도 표시기를 도시하는 단면도.

도 6b는 제 1 온도에 있지만 전압의 극성이 반대인 도 6a의 온도 표시기를 도시하는 도면.

도 7a는 제 2 온도에서의 도 6a의 온도 표시기를 도시하는 도면.

도 7b는 제 2 온도에 있지만 전압의 극성이 반대인 도 7a의 온도 표시기를 도시하는 도면.

도 8a는 제 3 실시예에 따른 온도 표시기를 도시하는 단면도.

도 8b는 전압의 극성이 반대인 도 8a의 온도 표시기를 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 표시기를 도시하는 평면도.

도 10은 라인(Ⅹ-Ⅹ)을 따라 본 도 9의 온도 표시기를 도시하는 단면도.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예의 온도 표시기를 도시하는 평면도.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 온도 표시기(1)를 개략적으로 도시한다. 온도 표시기(1)는 다리미(3)의 전체 바닥(2)을 커버한다. 온도 표시기(1)는 아래에 설명되는 것처럼, 함께 광 방출 적층판(4)을 형성하는 광 방출 다이오드와, 광 방출 전기화학 셀 및 낮은 주파수의 AC 전압으로 광 방출 적층판(4)을 구동하도록 적응된 AC 전원(5)을 포함한다. AC 전원(5)은 다리미(3)의 메인(main) 전기 시스템(도 1에는 미도시)에 연결되고, 항상 다리미(3)의 전기 케이블(6)이 전원에 연결되어 광 방출 적층판(4)에 AC 전압을 제공한다. AC 전압 주파수 변조기(7)는 아래에 설명되는 바와 같이, 광 방출이 변경해야 하는 온도의 미세한 조정을 가능하게 하기 위해, 온도 표시기(1)에 임의로 포함될 수 있다.

도 2는 바닥(2)에 제공된 얇은 적층판의 모양을 가지는 광 방출 적층판(4)을 도시하는 단면도이다. 광 방출 적층판(4)은 아래에 설명되는 바와 같이, 상태에 따라 광 방출 다이오드 및/또는 그러한 상태에 종속적인 광 방출 전기화학 셀로서 작용하는 적층판(4)을 형성하기 위해 함께 만들어진 광 방출 다이오드(8)와 광 방출 전기화학 셀(9)을 포함한다. 광 방출 다이오드(8)는 제 1 전극(10), 제 2 전극(11) 및 전극들(10, 11) 사이에 끼어있는 제 1 광 방출 층(12)을 포함한다. 광 방출 전기화학 셀(9)은 광 방출 다이오드(8)의 제 1 전극(10)과 동일한 제 1 전극, 광 방출 다이오드(8)의 제 2 전극(11)과 동일한 제 2 전극 및 도 2에 도시된 바와 같이, 또한 전극들(10, 11) 사이에 끼어 있으며, 제 1 광 방출 층(12) 아래에 위치하는 제 2 광 방출 층(13)을 포함한다. 그러므로, 광 방출 다이오드(8)와 광 방출 전기화학 셀(9)은 제 1 전극(10)과 제 2 전극(11)을 공통으로 가진다. 광 방출 전기화학 셀의 기본 원리는, 그 자체로서 1995년 Science 269. 1086에 Q.B.Pei 등에 의해 실린 것과, 1997년 Appl. Phys. Lett. 71, 1293에 J. Gao, G. Yu, A.J. Heeger에 의해 실린 것 및 다른 문서에서 본질적으로 알려져 있다. AC 전원(5)은 2개의 전극(10, 11)에 각각 제 1 접점(14)과 제 2 접점(15)을 거쳐 전압을 제공한다. 적층판의 총 두께(x)는 약 0.5㎜이고, 그 중 광 방출 층(12, 13)의 두께는 통상 500Å 내지 0.2㎜이다. 광 방출 층(12, 13) 각각의 층 두께는, 바람직하게 충분한 광 출력을 위해 조정된다. 두께가 작은 것은 여러 이유로 유리하다. 한 가지 이유는, 열이 적층판(4)을 통해 다리미 바닥(2)으로부터 다려질 의복으로 효율적으로 전달되도록, 적층판(4)의 절연 효과가 최소화되는 것이다.

광 방출 층(12, 13)은 반전도성 매트릭스와 그 매트릭스에서 이동 가능한 이온들을 포함하고, 그러한 매트릭스에서의 이온들의 이동도는 온도 의존성이다. 그 매트릭스는 주입된 정공의 이동도가 주입된 전자의 이동도보다 높은 반전도성 중합체 물질이다. 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 큰 적합한 반전도성 중합체 물질의 예는, 폴리(페닐렌 비닐렌)(PPV), 폴리(파라-페닐렌)(PPP) 및 그들의 유도체(derivative)를 들 수 있다. 또 다른 대안예는 일반적으로 광 방출 전기화학 셀을 설명하는 미국 특허 5,682,043호에서 발견될 수 있다. 이러한 매트릭스는, 대안예로서 중합체 물질보다 실질적으로 더 작은 분자량을 가지는 유기 물질과 같은 또 다른 유형의 유기 물질로 만들어질 수 있다. 나트륨 이온과 같은 양이온과, 염소 이온과 같은 음이온을 포함하는 염에 의해 이온들이 제공될 수 있다. 일 대안책으로서, 중합체 전해질에 의한 이온들이 제공될 수 있다. 광 방출 전기화학 셀에 적합한 상이한 유형의 이온들이 전술한 US 특허에서 발견될 수 있다. 또한 적합한 상대 이온과 결합된 루테늄 3중(tris)-비피리딘(bipyridine) [Ru(bpy)₃]²⁺와 같은 전이 금속 복합체가 1991년 P.McCord와 A.J.Bard에 의해, J.Electronal. Chem., 318, 91에서 설명된 것처럼 사용될 수 있다. 루테늄 3중-비피리딘 [Ru(bpy)₃]²⁺복합체는 오렌지(orange)-적색(red) 광의 방출을 초래하고, 이는 고온의 시각적인 경고가 요구되는 많은 응용 분야에서 매우 적합할 수 있다.

그러므로 제 1 광 방출 층(12)과 제 2 광 방출 층(13)은 중합체일 수 있는 유사한 유형의 유기 매트릭스와, 양 광 방출 층(12, 13)을 통해 이동할 수 있는 동일한 유형의 이온들을 포함한다. 하지만 제 1 광 방출 층(12)은 청색 방출 광 방출 층인데, 즉 정공과 전자가 제 1 광 방출 층(12)에서 재결합한다면 청색 광이 방출된다. 그에 따라, 제 2 광 방출 층(13)은 적색 방출 광 방출 층인데, 즉 제 2 광 방출 층(13)에서 정공과 전자가 재결합한다면, 적색 광이 방출된다. 이 경우 청색과 적색은 각 광 방출 층을 적절한 염료, 즉 청색 염료와 적색 염료로 각각 착색하거나, 자체적으로 원하는 컬러를 제공하는 매트릭스 및/또는 이온들을 고름으로써 제공될 수 있다.

제 1 전극(10)은 낮은 일 함수의 금속 전극이고, 이는 적어도 부분적으로 투명하다. 그러한 부분적으로 투명한 낮은 일 함수의 전극을 준비하기에 적절한 물질은, 바륨, 칼슘 및 리튬불소(lithiumfluoride)의 20㎚의 범위의 두께를 가지는 얇은 층을 포함한다. 전기적인 성질을 개선하기 위해, 그리고 그러한 층을 산화와 같은 환경의 영향으로부터 보호하기 위해, 바륨 또는 칼슘 층이 얇은 은 층으로 코팅될 수 있다. 예컨대 부분적으로 투명한 낮은 일 함수 전극은 그것의 상부에 제공된 15㎚ 두께의 은 층을 가지는 5㎚ 두께의 바륨 층을 가질 수 있다. 제 1 전극(10)이 낮은 일 함수의 전극이라는 사실은, 전자를 주입하기 위해 통과되어야 할 에너지 간격(gap)이 작다는 것, 즉 제 1 전극(10)으로부터 광 방출 층(12, 13)으로의 전자의 주입이 비교적 용이하다는 것을 의미한다.

제 2 전극(11)은 인듐 주석 산화물(ITO)이나 인듐 아연 산화물 전극과 같은 높은 일 함수의 전극이다. 제 2 전극(11)이 높은 일 함수의 전극이라는 사실은, 정공을 주입하기 위해 통과되어야 할 에너지 간격이 작다는 것, 즉 제 2 전극(11)으로부터 광 방출 층(12, 13)으로의 정공의 주입이 비교적 용이하다는 것을 의미한다. 높은 일 함수의 전극에 관한 추가 대안적인 물질에는, 백금, 금, 은, 이리듐, 니켈 팔라듐(palladium) 및 몰리브덴(molybdenum)을 포함되지만 이들에 한정되는 것은 아니다.

이제 온도 표시기(1)의 2가지 상이한 온도에서의 실제 동작이 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4d를 각각 참조하여 더 상세히 설명된다. 주어진 예에서 AC 전압의 주파수가 1㎐로 일정한데, 즉 전압의 극성이 매초마다 한번씩 바뀐다.

도 3a 내지 도 3d를 참조하여 설명된 예에서는, 다리미의 바닥(2)의 표면 온도가 25℃이다.

도 3a는 전력이 스위칭 온되는 정확한 순간에서의 상황을 도시한다. AC 전원은 제 1 전극(10)에 양의 전하를 제공하여, 그것을 양극으로 만들고, 제 2 전극(11)에는 음의 전하를 제공하여 그것을 음극으로 만든다. (-)로 표시된 음 이온들과 (+)로 표시된 양 이온들은, 이 순간에 광 방출 층(12, 13)에서 여전히 서로 쌍으로 존재한다. 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)과 높은 일 함수의 제 2 전극(11)에 관하여, 이는 어떠한 정공도 제 1 전극(10)인 양극으로부터 주입되지 않고, 어떠한 전자도 제 2 전극(11)인 음극으로부터 주입되지 않는 역 바이어스인 경우이다.

도 3b는 전압을 스위칭 온 한지 0.3초 후의 상황을 표시한다. 분명한 것처럼, 음 이온들은 제 1 전극(10)인 양극 쪽으로 천천히 움직이고, 양 이온들은 제 2 전극(11)인 음극 쪽으로 천천히 움직인다.

도 3c는 전압을 스위칭 온 한 지 0.95초 후, 즉 AC 전압의 극성이 바뀌기 바로 전의 상황을 표시한다. 알 수 있는 것처럼, 음 이온들은 제 1 전극(10)인 양극 쪽으로 일정한 거리만큼 이동하였고, 양극에는 음 이온들의 어떠한 실제 누적이 존재하지 않으며, 따라서 어떠한 정공도 광 방출 층(12, 13)으로 주입되지 않는다. 그에 따라, 제 2 전극(11)인 음극에서의 양 이온들의 어떠한 누적도 존재하지 않고, 따라서 어떠한 전자도 또한 주입되지 않게 된다. 주입된 정공과 전자가 없는 경우, 광 방출이 없게 된다.

도 3d는 전압을 스위칭 온 한 지 1.05초 후, 즉 극성이 바뀐 바로 다음의 상황을 표시한다. 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)과 높은 일 함수의 제 2 전극(11)에 관해, 이는 전자(e)가 제 1 전극(10)인 음극으로부터 주입되고, 정공(H)이 제 2 전극(11)인 양극으로부터 주입되는 순방향 바이어스인 경우가 된다. 전술한 바와 같이, 광 방출 층(12, 13)의 물질은, 정공(H)의 이동도가 전자(e)의 이동도보다 크도록 골라진다. 정공(H)이 전자(e)보다 광 방출 층(12, 13)을 통해 더 빨리 이동하므로, 정공(H)과 전자(e)의 재결합이 제 1 광 방출 층(12)에서 일어나게 된다. 제 1 광 방출 층(12)에서의 정공(H)과 전자(e)의 재결합은, 전술한 바와 같이, 제 1 유형의 광(L1), 즉 청색 광의 방출을 초래한다. 음 이온들은 이제 양극인 제 2 전극(11) 쪽으로의 느린 이동을 시작하였고, 양 이온들은 이제 음극인 제 1 전극(10)으로의 느린 이동을 시작하였다. 도 3a 내지 도 3d에 예시된 바와 같이, 25℃에서의 매트릭스에서의 확산 제한된 공정인 이온들의 이동도는 너무 느려, AC 전원이 전압의 극성을 바꾸기 전에, 양극과 음극 각각에서의 음 이온들과 양 이온들의 어떠한 충분한 누적도 얻어지지 않는다. 그러므로 도 3a 내지 도 3d에 예시된 상황에서 광 방출 적층판(laminate)(4)은 순방향 바이어스에 있을 때, 즉 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)이 음극이고 높은 일 함수의 제 2 전극(11)이 양극일 때 청색 광(L1)을 방출하고, 역방향 바이어스일 때, 즉 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)이 양극이고 높을 일 함수의 제 2 전극(11)이 음극일 때에는 어떠한 광도 방출되지 않는다. 따라서 25℃에서 온도 표시기(1)는 사용자에게 전원이 스위칭 온 되었지만 다리미(3)의 바닥(2)이 여전히 차갑다는 것을 표시하는 번쩍거리는 청색 광(L1)을 방출하게 된다.

도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한 예에서, 바닥(2)의 표면(16)과 적층판(4)에서의 온도는 90℃이다.

도 4a는 전원이 스위칭 온되는 정확한 순간에서의 상황을 도시한다. AC 전원은 제 1 전극(10)에 양의 전하를 제공하여 그것을 양극으로 만들고, 제 2 전극(11)에는 음의 전하를 제공하여 그것을 음극으로 만든다. (-)로 표시되는 음 이온들과 (+)로 표시되는 양 이온들은 이 순간에 여전히 서로 쌍으로 존재한다.

도 4b는 전압을 스위칭 온 한 지 0.3초 후의 상황을 표시한다. 증가된 온도에서 매트릭스에 있는 이온의 높은 이동도로 인해, 이러한 상황에서는 양극인 제 1 전극(10)에서는 음 이온이, 음극인 제 2 전극(11)에서는 양 이온의 다소 큰 누적이 이미 존재한다. 전극에서 큰 이온 밀도 기울기(gradient)를 형성하는 이온의 누적으로 인해, 제 2 전극(11)이 높은 일 함수의 전극이라는 사실에도 불구하고 전자(e)가 제 2 전극(11)인 음극에서 주입되고, 제 1 전극(10)이 낮은 일 함수의 전극이라는 사실에도 불구하고, 정공(H)이 제 1 전극(10)인 양극에서 주입된다. 해당 물질에서의 정공(H)의 더 높은 이동도로 인해, 정공(H)이 전자(e)보다 광 방출 층(12, 13)을 통해 더 빨리 이동하므로, 정공(H)과 전자(e)의 재결합이 제 2 광 방출 층(13)에서 일어나게 된다. 제 2 광 방출 층(13)에서에서의 정공(H)과 전자(e) 사이의 재결합은, 전술한 바와 같이 제 2 유형의 광(L2), 즉 적색 광의 방출을 초래하게 된다.

도 4c는 전압을 스위칭온 한 지 0.95초 후, 즉 AC 전압의 극성이 바뀌기 바 로 전의 상황을 표시한다. 알 수 있는 것처럼, 양극인 제 1 전극(10)에는 음 이온의 큰 누적이 존재하고, 음극인 제 2 전극(11)에는 양 이온의 큰 누적이 존재한다. 이로 인해 각 전극(10, 11)에서 형성된 큰 이온 기울기는 각각 정공(H)과 전자(e)의 효율적인 주입을 제공하고, 따라서 제 2 광 방출 층(13)에서의 이들 전자(e)와 정공(H)의 재결합으로 인해, 적층판(4)에 의해 더 많은 적색 광(L2)이 방출된다.

도 4d는 전압을 스위칭온 한 지 1.05초 후, 즉 극성이 바뀐 바로 다음의 상황을 표시한다. 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)과 높은 일 함수의 제 2 전극(11)에 관해, 이는 전자(e)가 제 1 전극(10)인 음극으로부터 주입되고, 정공(H)이 제 2 전극(11)인 양극으로부터 주입되는 순방향 바이어스인 경우이다. 그러므로 청색 광(L1)이 도 3d를 참조하여 전술한 바와 같은 동일한 원리에 따라 방출된다. 도 4d로부터 음 이온들이 양극인 제 2 전극(11)쪽으로 다소 신속한 이동을 시작하였고, 양 이온들이 음극인 제 1 전극(10) 쪽으로 다소 신속한 이동을 시작하였음을 알 수 있다. 이는 각각 음극과 양극에서의 양 이온들과 음 이온들의 누적을 야기하지만, 이는 이러한 순방향 바이어스에서의 정공과 전자의 이미 아주 효율적인 주입에 어떠한 실질적인 영향도 미치지 않게 된다.

도 4a 내지 도 4d에 예시된 바와 같이, 90℃에서 매트릭스에서의 확산이 제한된 공정인 이온의 이동도는, AC 전원이 전압의 극성을 바꾸기 전에 양극과 음극 각각에서의 음 이온들과 양 이온들의 충분한 누적을 제공하기에 충분할 정도로 빠르다. 그러므로 도 4a 내지 도 4d에 예시된 상황에서, 광 방출 적층판(4)은 순방향 바이어스에 있을 때, 즉 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)이 음극이고, 높은 일 함수 의 제 2 전극(11)이 양극일 때, 광 방출 다이오드(8)의 원리에 따라 청색 광(L1)을 방출하게 된다. 역 바이어스일 때, 즉 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)이 양극이고, 높은 일 함수의 제 2 전극(11)이 음극일 때, 각 전극(10, 11)에서의 양 이온과 음 이온의 누적은 이온 기울기가 낮은 일 함수의 제 1 전극(10)으로부터의 정공(H)과 높은 일 함수의 제 2 전극(11)으로부터의 전자의 주입을 제공하기에 충분하도록 하여 광 방출 전기화학 셀(9)의 원리에 따라 적색 광(L2)을 방출하는 광 방출 적층판(4)을 초래한다. 따라서 90℃에서는 온도 표시기(1)가 사용자에게 전원이 스위칭 온되고 다리미(3)의 바닥(2)이 뜨겁다는 것을 표시하는, 적색 광과 청색 광 사이를 왔다갔다 하는 번쩍거리는 광을 방출하게 된다.

도 5는 상이한 온도에서의 광 방출 적층판(4)의 전계 광 방출(EL)을 표시한다. AC 전원은 적층판(4)에 +3V/-5V의 전압을 제공하고, 1㎐의 일정한 주파수에서 극성을 바꾼다. 25℃에서는 광 방출 다이오드(8)의 원리에 따라, +3V의 전압에서 순방향 바이어스로 청색 광(L1)이 방출된다. 매트릭스에서의 이온의 이동도는 너무 느려 역 바이어스에 있는 각 전극에서 이온의 충분한 누적을 제공할 수 없고, 이로 인해 어떠한 광도 역 바이어스 모드에서 방출되지 않는다. 60℃에서 이온들은 매트릭스에서 다소 빠르게 움직이고, 따라서 극성이 "-"로 바뀐 지 약 0.5초 후, 즉 역 바이어스에서 광 방출 전기화학 셀(9)의 원리에 따라 -5V의 전압으로 적색 광(L2)의 방출을 시작한다. 적색 광(L2) 방출은 극성이 순방향 바이어스로 바뀌어 다시 청색 광(L1)의 방출을 초래할 때까지 약 0.5초 동안 세기가 증가하면서 계속된다. 90℃에서는 이온이 상당히 빨리 움직여, 전압을 "-"로 바꾼 거의 바로 다음에 이온 의 충분한 누적이 얻어진다. 도 5에 표시된 것처럼, 온도 표시기는 60℃에서 청색 광(L1)이 먼저 오고, 그 다음에 0.5초의 어두운 기간이 온 다음 0.5초 동안의 적색 광(L2) 방출이 이어지는 번쩍거리는 효과를 제공한다. 이러한 번쩍거리는 행동은 사용자에 의해 쉽게 관찰되고, 고온 경고를 빠뜨리는 위험을 감소시킨다. 90℃와 같은 더 높은 온도에서는 어두운 기간이 거의 사라져 청색 광(L1)과 적색 광(L2) 사이의 거의 직접적인 변경을 제공한다. 그러므로 온도 표시기는 표면이 뜨겁다는 것을 표시할 뿐만 아니라, 표면의 실제 온도에 대한 추가 정보를 제공한다. 전압의 절대값이 순방향 바이어스에서보다 역방향 바이어스에서 더 높기 때문에, 적색 광(L2)이 청색 광(L1)을 능가하게 되어, 고온에서는 주로 적색을 띠는 효과를 주게 된다. 순방향 바이어스에서보다는 역방향 바이어스에서 더 높은 절대값의 전압을 가지는 것에 대한 대안책으로, 혼합된 주파수, 즉 고온에서 원하는 적색을 띠는 효과를 제공하기 위해 순방향 바이어스에서보다는 역방향 바이어스에서 펄스 길이가 더 긴 주파수를 가지는 것도 가능하다. 또 다른 대안책은 적색 광의 세기를 더 증대시키기 위해, 역방향 바이어스에서 더 높은 전압과 더 긴 펄스 길이를 가지는 것이다.

약 50㎐이상의 주파수와 같은 더 높은 AC 전압 주파수에서, 눈은 적색 광과 청색 광의 세기에 따라, 거의 자홍색(magenta)인 또는 낮은 청색 광 세기에서는 심지어 거의 순수히 적색일 수 있는 거의 혼합된 색을 인지하게 된다.

AC 전원(5)의 주파수는 광 방출 층의 두께, 매트릭스의 유형 및 해당 이온들을 가지면, 온도가 소정의 온도, 즉 임계 온도를 초과할 때 적색 광(L2) 방출이 얻 어지는 식으로 조정된다. 만약 예컨대 적색 광 방출이 70℃ 및 그 이상의 온도, 즉 임계 온도가 70℃인 온도에서만 시작되는 것이 요망된다면, AC 전원의 주파수는 1㎐에서부터 예컨대 3㎐까지 증가될 수 있다. 그러한 경우 60℃에서의 이온의 누적은 적색 광 방출에 있어서는 충분하지 않을 수 있다. 주파수를 증가시키는 것에 대한 대안책으로서, 광 방출 층의 층 두께를 더 두껍게 하여, 이온들이 더 느리게 움직이는 것으로 매트릭스 물질을 교환하는 것 및/또는 더 낮은 이동도를 가지는 유형으로 이온을 교환하는 것도 가능하다. 그러므로 바라는 임계 온도 위에서 적색 광 방출을 제공하는 온도 표시기를 제공하는 몇 가지 방식이 존재한다.

바닥(2)의 표면(16)이 상기 표면(16) 전체에 걸쳐 고른 온도를 가지지 않는 경우, 광 방출 전기화학 셀(9)의 광 방출이 상기 영역 위에서 달라지게 된다. 그러므로, 90℃와 같은 높은 온도를 가지는 표면의 한 부분은 표면(16)의 그 부분을 덮는 광 방출 전기화학 셀(9)의 부분으로부터의 강렬한 광 방출을 초래하게 되는데 반해, 60℃와 같은 더 낮은 온도를 가지는 표면(16)의 또 다른 부분은 표면(16)의 그 부분을 덮는 광 방출 전기화학 셀(9)의 부분으로부터 희미한 광 방출을 초래하게 된다. 그러므로 그러한 가전 제품의 사용자는 표면(16)의 어느 부분이 가장 높은 온도를 가지고 어느 부분이 더 낮은 온도를 가지는지를 시각적으로 알게 된다. 이로 인해 한 표면에서의 국부적인 뜨거운 지점의 존재 표시의 추가 장점이, 광 방출 전기화학 셀(9)에 의해 제공된다.

임의로, 최종 사용자가 적색 광 방출이 시작되어야 하는 온도를 설정할 수 있게 하기 위해, 온도 표시기(1)에는 AC 전원의 주파수를 변조하기 위한, 도 1에 표시된 주파수 변조기(7)가 제공될 수 있다.

도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 온도 표시기(101)의 개략도이다. 온도 표시기(101)는 광 방출 다이오드(108)와 광 방출 전기화학 셀(109)을 포함한다. 광 방출 다이오드(108)는 낮은 일 함수의 제 1 전극(110), 높은 일 함수의 제 2 전극(111) 및 전극(110, 111) 사이에 끼워진 청색 광(L1)의 방출을 위해 적응되는 반전도성 제 1 광 방출 층(112)을 가진다. 광 방출 전기화학 셀(109)은 제 1 전극(120), 제 2 전극(121) 및 전극(120, 121) 사이에 끼워진 적색 광(L2)의 방출을 위해 적응되는 제 2 광 방출 층(113)을 포함한다. 제 2 광 방출 층(113)은 매트릭스와 그 매트릭스 내에서 이동 가능한 이온을 포함한다. 다이오드(108)와 셀(109)은 서로 인접하게 또는 일정한 거리를 두고 놓일 수 있고, 이 예에서는 제 2 전극(121)인 셀(109)의 전극 중 적어도 하나가 다리미의 바닥과 같은 표면(116)과 접촉하게 놓이며, 그 다리미의 온도가 표시된다. AC 전원(105)은, 제 1 접점(114)을 거쳐 다이오드(108)의 제 1 전극(110)과 셀(109)의 제 1 전극(120)에 전압을 제공하고, 다이오드(108)의 제 2 전극(111)과 셀(109)의 제 2 전극(121)에는 제 2 접점(115)을 거쳐 전압을 제공한다. 그 결과 다이오드(108)와 셀(109)은 서로 병렬로 전기적으로 결합된다. AC 전원(105)에 의해 공급된 전압의 극성은 약 1㎐의 주파수로 바뀐다. 제 1 전극(110, 120)은 둘 다 투명한 물질로 만들어진다. 낮은 일 함수의 전극인 제 1 전극(110)은, 예컨대 15㎚의 은으로 코팅된 5㎚의 바륨층을 포함할 수 있다. 도 6a에 도시된 상황에서는, 표면(116)의 온도가 25℃이고, 제 1 전극(110, 120)에는 음의 전압이 제공되는데, 즉 제 1 전극(110, 120)은 음극이고, 제 2 전극(111, 121)은 양극이다. 다이오드(108)에 관해 순방향 바이어스인 이러한 상태에서는, 다이오드(108)의 낮은 일 함수의 제 1 전극(110)이 전자(e)를 제 1 광 방출 층(112)에 주입하고, 높은 일 함수의 제 2 전극(111)이 정공(H)을 제 1 광 방출 층(112)에 주입한다. 광 방출 층(112)에서 정공(H)과 전자(e)는 재결합하여 투명한 제 1 전극(110)을 거쳐 방출되는 청색 광(L1)의 방출을 초래한다.

이러한 낮은 온도에서의 제 2 광 방출 층(113)에서의 이온의 낮은 이동도로 인해, 셀(109)의 전극(120, 121) 부근에서의 이온의 어떠한 누적도 이루어지지 않고 따라서 어떠한 광도 셀(109)에 의해 방출되지 않게 된다.

도 6b는 전압의 극성이 도 6a에서의 상태에 비해 변경된 후의 온도 표시기(101)를 도시한다. 이러한 경우 제 1 전극(110, 120)에는 양의 전하가 제공되는데, 즉 이러한 제 1 전극(110, 120)은 양극이고, 제 2 전극(111, 121)에는 음의 전하가 제공되며, 즉 이러한 제 2 전극(111, 121)은 음극이 된다. 광 방출 다이오드(108)에 관해서는, 이것은 역 바이어스이고 어떠한 광도 방출되지 않는다. 광 방출 전기화학 셀(109)에 관해서는 이온의 이동도가 전술한 바와 같이 AC 전원(105)의 주파수에서 너무 느려 필수적인 이온의 누적을 제공할 수 없게 된다.

도 7a는 90℃의 표면(116)에서의 온도에서의 온도 표시기(101)를 도시한다. AC 전원(105)은 제 1 전극(110, 120)에 음의 전하를 제공하여 그것들을 음극으로 만들고, 제 2 전극(111, 121)에는 양의 전하를 제공하여 그것들을 양극으로 만든다. 이러한 온도에서 이온의 이동도는 제 2 광 방출 층(113)의 매트릭스에서 높고, 따라서 광 방출 전기화학 셀(109)의 제 1 전극(120)에서 양 이온의 누적이 빠르게 얻어지며, 음 이온의 누적이 제 2 전극(121)에서 얻어진다. 이로 인해 얻어진 높은 이온 기울기는 제 1 전극(120)으로부터의 전자(e)의 주입과, 제 2 전극(121)으로부터의 정공(H)의 주입을 초래한다. 정공(H)과 전자(e)가 제 2 광 방출 층(113)에서 재결합함에 따라, 적색 광(L2)이 광 방출 전기화학 셀(109)에 의해 방출된다. 광(L2)은 투명한 전극(120)을 거쳐 투과되고, 표면(116)이 뜨겁다는 시각적인 표시를 제공한다. 광 방출 다이오드(108)에 관해, 그것은 도 7a에 표시된 상황이 순방향 바이어스이므로 도 6a를 참조하여 설명된 원리에 따라 청색 광(L1)을 방출한다. 하지만 90℃의 온도에서, 광 방출 전기화학 셀(109)의 광 방출 층(113)에서의 이온의 높은 이동도와, 음극과 양극 사이의 전하 운반체의 효율적인 흐름을 허용하는 개선된 전하 주입 효율은 실질적으로 셀(109)에서의 저항을 감소시킨다. 이로 인해, 다이오드(108)와 셀(109)이 병렬로 결합되므로, 전류가 주로 낮은 저항 경로, 즉 셀(109)을 거쳐 흐르게 되어, 다이오드(108)에 의해 방출된 청색 광(L1)의 세기는 더 낮은 온도에서 얻어진 세기에 비해 실질적으로 감소된다. 그러므로 온도 표시기(101)는 온도가 증가함에 따라 다이오드(108)에 의해 방출된 청색 광(L1)이 자동적으로 희미해지는 것을 제공한다.

도 7b는 극성이 바뀐 후의 90℃에서의 상황을 도시한다. 광 방출 다이오드(108)에 관해, 이는 역 바이어스이고 어떠한 광도 방출되지 않는다. 광 방출 전기화학 셀(109)의 제 1 전극(120)은 음 이온의 누적으로 인한 정공(H)을 주입하고, 제 2 전극(121)은 양 이온의 누적으로 인한 전자(e)를 주입한다. 정공(H)과 전자(e)는 제 2 광 방출 층(113)에서 재결합하여 적색 광(L2)을 만들어낸다.

그러므로 90℃의 온도에서 높은 세기의 적색 광(L2)이 역 바이어스와 순 바이어스 모두에서 온도 표시기(101)에 의해 방출되는데 반해, 다소 희미한 청색 광(L1)이 순방향 바이어스에서 방출된다. 적색 광(L2)이 청색 광(L1)을 능가하게 되어 사용자에게 표면(116)이 뜨겁다는 것을 분명히 표시한다.

도 6a와 도 6b 및 도 7a와 도 7b에 도시된 실시예에서, 다이오드(108)의 제 1 전극(110)이 셀(109)의 양 전극(120, 121)으로부터 분리되고, 다이오드(108)의 제 2 전극(111)도 그러하다. 하지만 대안책으로서 그리고 동일한 기술적인 효과를 가지고 다이오드의 제 1 전극은 셀의 제 1 전극과 공통일 수 있거나 다이오드의 제 2 전극이 셀의 제 2 전극과 공통일 수 있다는 점을 알게 된다. 예컨대 하나의 공통 제 2 전극이 표면(116) 위에 있을 수 있고, 이후 제 1 광 방출 층과 제 2 광 방출 층이 이러한 공통의 제 2 전극 위에 서로 일정한 거리를 두고 놓일 수 있으며, 개별 제 1 전극을 가진다. 그러므로 다이오드의 전극 중 적어도 하나가 셀의 전극과 분리되는 것이 충분하다.

도 8a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 온도 표시기(201)의 개략도이다. 온도 표시기(201)는 광 방출 다이오드(208)와 광 방출 전기화학 셀(209)을 포함한다. 광 방출 다이오드(208)는 낮은 일 함수의 제 1 전극(210), 높은 일 함수의 제 2 전극(211) 및 전극(210, 211) 사이에 끼워지고 청색 광(L1)을 방출하도록 적응되는 반전도성의 제 1 광 방출 층(212)을 가진다. 광 방출 전기화학 셀(209)은 제 1 전극(220), 따라서 다이오드(208)의 그것과 공통인 제 2 전극(211) 및 전극(220, 211) 사이에 끼워지고 적색 광(L2)을 방출하도록 적응되는 제 2 광 방출 층(213)을 포함한다. 제 2 광 방출 층(213)은 매트릭스와 그 매트릭스 내에서 이동 가능한 이온을 포함한다. 따라서 다이오드(208)와 셀(209)은 서로의 상부에 놓이고 그것들 각각의 광 방출 층(212, 213)은 공통의 높은 일 함수의 제 2 전극(211)에 의해 분리된다. 셀(209)의 제 1 전극(220)은 다리미의 바닥과 같은 표면(216)과 접촉하게 놓여 그 다리미의 온도가 표시된다. 1㎐의 주파수에서 동작하는 AC 전원(205)은, 다이오드(208)의 제 1 전극(210)과 셀(209)의 제 1 전극(220)에 제 1 접점(214)을 거쳐 전압을 제공하고, 공통 제 2 전극(211)에는 제 2 접점(215)을 거쳐 전압을 제공한다. 그 결과, 다이오드(208)와 셀(209)은 서로 병렬로 전기적으로 결합된다. AC 전원(205)에 의해 공급된 전압의 극성은 약 1㎐의 주파수를 가지고 바뀐다. 낮은 일 함수의 제 1 전극(210)과 공통의 높은 일 함수의 제 2 전극(211)은 둘 다 투명한 물질로 만들어진다. 낮은 일 함수의 제 1 전극(210)은, 예컨대 바륨이나 칼슘의 얇은 층으로 만들어질 수 있고, 높은 일 함수의 제 2 전극(211)은 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어질 수 있다.

도 8a에 나타난 상태에서는 표면(216)의 온도가 90℃이고, 제 1 전극(210, 220)에는 음의 전압이 제공되는데, 즉 제 1 전극(210, 220)은 음극인데 반해, 공통의 제 2 전극(211)은 양극이 된다. 다이오드(208)에 관해 순방향 바이어스인 이러한 상황에서는, 낮은 일 함수인 다이오드(208)의 제 1 전극(210)은 전자(e)를 제 1 광 방출 층(212)에 주입하고, 높은 일 함수인 제 2 전극(211)은 정공(H)을 제 1 광 방출 층(212)에 주입한다. 광 방출 층(212)에서 정공(H)과 전자(e)는 재결합하여 투명한 제 1 전극(210)을 거쳐 방출되는 청색 광(L1)의 방출을 초래한다.

90℃의 온도에서 이온의 이동도는 제 2 광 방출 층(213)의 매트릭스에서 높고 따라서 광 방출 전기화학 셀(209)의 제 1 전극(220)에서 양 이온의 누적이 빠르게 얻어지며 음 이온의 누적이 제 2 전극(211)에서 얻어진다. 이렇게 얻어진 높은 이온 기울기는 제 1 전극(220)으로부터의 전자(e)의 주입과 제 2 전극(211)으로부터의 정공(H)의 주입을 초래하고, 이는 도 7a를 참조하여 설명된 유사한 원리에 따라 적색 광(L2)의 방출을 초래하며, 이러한 적색 광(L2)은 광 방출 전기화학 셀(209)에 의해 투명한 전극(211, 210)을 거쳐 투과된다. 그러므로 도 8a에 도시된 상태에서 청색 광(L1)과 적색 광(L2)을 포함하는 혼합된 광이 방출된다. 다이오드(208)와 셀(209)이 서로 병렬로 결합되고, 셀(209)의 저항이 온도에 따라 감소하여 셀(209)을 통해 흐르는 전류를 증가시키고 다이오드(208)를 통해 흐르는 전류를 감소시키므로, 청색 광(L1)은 더 높은 온도에서 희미해지고, 이는 온도 표시기(201)로부터 주로 적색을 띠는 광의 방출을 가져온다.

도 8b는 전압의 극성이 도 8a에서의 상화에 비해 변경된 후의 온도 표시기(201)를 도시한다. 이러한 경우 제 1 전극(210, 220)에는 양의 전하가 제공되어 양극이 되고, 공통 제 2 전극(211)에는 음의 전하가 제공되어 음극이 된다. 광 방출 다이오드(208)에 관해 이는 역방향 바이어스이어서 어떠한 광도 방출되지 않는다. 광 방출 전기화학 셀(209)에 관해서는, 전술한 원리에 따라 이러한 바이어스에서도 이온의 이동도는 적색 광(L2) 방출을 제공하기에 충분하다. 25℃와 같은 낮은 온도 제어는 광 방출 전기화학 셀(209)이 그러한 온도에서의 이온의 낮은 이동도로 인해 어떠한 광도 방출하지 않음을 알게 된다. 그러므로 온도 표시기(201)는 낮은 온도에서, 다이오드(208)에 의해 제공된 번쩍거리는 청색 광(L1)을 제공하게 된다. 더 높은 온도에서는 광 방출 전기화학 셀(209)이 순방향 바이어스와 역방향 바이어스 모두에서 적색 광(L2) 방출을 시작하고, 동시에 청색 광(L1)이 희미해진다.

도 8a의 실시예에 대한 대안책으로서, 물론 높은 일 함수의 제 1 전극과 공통의 낮은 일 함수의 제 2 전극을 사용하는 것도 가능하다.

도 9는 또 다른 온도 표시기(301)를 도시하는 평면도이다. 도 10에서 단면도로 도시되는 온도 표시기(301)는 도 2에 도시된 온도 표시기(1)와 다소 유사하고, 따라서 온도 표시기는 제 1 전극(310), 제 2 전극(311) 및 전극(310, 311) 사이에 끼어진 제 1 및 제 2 광 방출 층(312, 313)을 가져, 이로 인해 광 방출 다이오드(308)와 광 방출 전기화학 셀(309)을 형성한다. 제 2 전극(311)은 다리미(도 9에는 미도시) 바닥(302)의 표면(316)에 부착된다. 원통형 열 접점(330)이 다이오드(308)와 셀(309)을 통해 바닥(302)으로부터 연장한다. 이들 접점(330)의 목적은 바닥(302)으로부터 다림질 될 의복까지의 열 전달을 개선하는 것이다. 그러므로 접점(330)은 다이오드(308)와 셀(309)의 절연 효과를 감소시키고, 다리미의 기능을 떨어뜨리지 않고 더 높은 두께를 가진 층(312, 313)과 전극(310, 311)의 사용을 허용한다. 열 접점(330)은 비전도성인(non-conductive) 중합체와 같은 전기적으로 절연성인 물질로 만들어진 슬리브(sleeve)(332)에 의해 다이오드(308)와 셀(309)로부터 전기적으로 절연된다.

도 11은 또 다른 대안적인 온도 표시기(401)을 나타내는 평면도이다. 온도 표시기(401)는 그것에 제 1 전극(410), 제 1 및 제 2 광 방출 층 및 제 2 전극(나 중의 것은 도 11에 미도시)을 통해 연장하는 막대기 모양의 열 접점(430)이 제공되고 상기 전극들과 광 방출 층 함께 광 방출 다이오드와 광 방출 전기화학 셀을 형성하며, 그러한 열 접점(430)이 절연 슬리브(432)에 의해 다이오드와 셀로부터 전기적으로 절연된다는 점을 제외하고는 도 9와 도 10에 도시된 표시기(301)와 유사하다.

도 9 내지 도 11의 실시예에서는 열 접점이 도시된다. 대안책으로서, 온도 표시기의 광 방출 전기화학 셀 및/또는 광 방출 다이오드에는, 온도 표시기가 오븐 창이나 물로 요리하는 기구용으로 사용되는 경우와 같이, 사용자가 광 방출 전기화학 셀 및/또는 다이오드를 통해 볼 수 있게 하기 위해 구멍을 뚫을 수 있다. 그러한 온도 표시기에서의 구멍은 사용자가, 예컨대 그것을 통해 오븐을 들여다 볼 수 있는 유리 구슬로 채워질 수 있다.

또, 열 접점이 도 6a와 도 6b 및 도 7a와 도 7b에 도시된 실시예와 도 8a와 도 8b에 도시된 실시예에서 사용될 수도 있다는 사실을 알게 된다. 도 6a와 도 6b 및 도 7a와 도 7b에 도시된 실시예의 경우에서, 열 접점은 광 방출 전기화학 셀에만 또는 셀과 다이오드 모두에서 제공될 수 있다.

전술한 실시예의 다수의 변형예가 첨부된 특허 청구항의 범주 내에서 가능하다는 것을 알게 된다.

예컨대, 도 1 내지 도 4를 참조하여 위에서 도시된 실시예에서, 광 방출 다이오드(8)는 청색 광(L1)을 방출한다. 또한 녹색 광과 같은 또 다른 파장의 광을 방출하는 광 방출 다이오드를 사용하는 것이 가능하다. 또한 어느 메시지가 온도 표시기에 의해 제공되어야 하는지에 따라 완전히 상이한 컬러를 사용하는 것이 가능하다는 것을 알게 된다.

도 1 내지 도 4, 도 8a와 도 8b 및 도 9 내지 도 10에 예시된 실시예는, 각각 뜨거운 표면(16, 216, 316)에 가장 가깝게 위치한 적색 방출 층(13, 213, 313)을 각각 가지고, 그러한 적색 방출 층의 위에 위치한 청색 방출 층(12, 212, 312)을 각각 가진다. 비록 이렇게 하는 것이 층을 쌓는 바람직한 방식이지만, 청색 방출 층 위에 적색 방출 층을 놓는 것과 같이 또 다른 방식으로 층을 쌓아, 그것들을 적절한 방식으로 높은 일함수 전극과 낮은 일함수 전극과 결합하는 것도 가능하다는 것을 알게 된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서, 청색 광(L1) 또는 적색 광(L2)은 제 1 전극(10)을 통해 방출된다. 대안책으로서, 제 1 전극은 뜨거운 표면에 놓일 수 있고, 그 후 방출된 광이 투명한 제 2 전극을 통해 방출된다. 또 다른 대안책은, 방출된 적색 및 청색 광이 전극 중 하나를 통해서가 아닌 광 방출 층(12, 13) 옆을 거쳐 직접 방출되는 것을 허용하는 것이다.

전기적 보호, 기계적인 긁힘 보호 또는 물에 대한 보호 기능을 갖춘 온도 표시기를 제공하기 위해, 제 1 전극 위에 제공된 얇은 중합체 층이나 심지어 전체 광 방출 전기화학 셀을 밀봉하여 감싸는 것과 같은 얇은 보호 상부 코팅이 제공될 수 있다.

광 방출 층(12, 13)에서의 매트릭스 물질은 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 크도록 된 것이다. 대안책으로서, 전자의 이동도가 정공의 이동도보다 큰 매 트릭스 물질을 사용하는 것도 가능하고, 제 1 광 방출 층과 제 2 광 방출 층이 서로 위치를 바꾸게 하는 것도 가능하다.

AC 전원의 주파수는 전기화학 셀로부터의 광 방출이 시작돼야 하는 실제 온도 레벨과 실제 광 방출 전기화학 셀에 맞도록 적응된다. 대부분은, 온도 표시기에 충분히 빠른 응답과 높은 가시성을 제공하기 위해, 0.5㎐ 내지 10㎐의 범위에 있는 주파수로 적합하다는 것이 증명되었다. 하지만 사용 가능한 주파수 범위는 사용된 재료, 광 방출 전기화학 셀의 기하학적 구조 등에 따라 약 100㎐까지와 같이 더 높은 값으로 연장될 수 있다.

위에서 제 1 유형의 광이 녹색 또는 청색과 같은 제 1 컬러이고, 제 2 유형의 광이 적색 또는 오렌지색과 같은 또 다른 컬러를 가진다는 것이 설명되었다. 물론 제 2 유형의 광과 동일한 파장, 즉 컬러를 가지나 상이한 강도 및/또는 주파수를 가지는 제 1 유형의 광을 가지는 것도 가능하다. 하지만 상이한 파장, 즉 컬러는, 그것들이 주어진 메시지를 사용자가 잘못 이해할 위험을 감소시키기 때문에 유리하다. 게다가, 바라는 컬러를 얻기 위해 광 방출 전기화학 셀 및/또는 광 방출 다이오드를 컬러 필터와 결합하는 것도 가능하다.

요약하면, 제 1 유형의 광 방출과 제 2 유형의 광 방출을 제공하기 위해, 온도 표시기가 표면에 제공되도록 적응된다. 이 온도 표시기는 상기 제 1 유형의 광 방출을 제공하기 위한 광 방출 다이오드와, 상기 제 2 유형의 광 방출을 제공하기 위한 광 방출 전기화학 셀을 포함한다. 이러한 광 방출 전기화학 셀은 제 1 전극, 제 2 전극 및 그들 사이에 끼워지고 매트릭스와 그 매트릭스에서 이동 가능한 이온 을 포함하는 제 2 광 방출 층을 가지고, 상기 매트릭스에서의 상기 이온의 이동도는 온도 의존성이다. 전원은 AC 전압으로 광 방출 전기화학 셀을 구동하도록 적응되고, AC 전압의 주파수는 표면 온도가 일정한 레벨을 초과할 때, 광 방출 전기화학 셀이 제 2 유형의 광 방출을 제공하는 식으로 조정된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 제 1 유형의 광 방출과 제 2 유형의 광 방출을 제공하기 위해 표면에 제공되도록 적응된 온도 표시기에 이용 가능하다.

Claims (13)

1. 제 1 유형의 광 방출(L1)과 제 2 유형의 광 방출(L2)을 제공하기 위해 표면(16; 116; 216)에 제공되도록 적응된 온도 표시기로서,

   상기 제 2 유형의 광 방출(L2)은, 상기 표면(16;116; 216)이 소정의 온도보다 높은 온도를 가질 때 방출되고, 상기 온도 표시기(1; 101; 201)는 상기 제 1 유형의 광 방출(L1)을 제공하기 위한 광 방출 다이오드(8; 108; 208)를 포함하며, 상기 광 방출 다이오드(8; 108; 208)는 제 1 전극(10; 110; 210), 제 2 전극(11; 111; 211) 및 그들 사이에 위치하는 제 1 광 방출 층(12; 112; 212)을 가지고, 상기 온도 표시기(1; 101; 201)는 제 2 유형의 광 방출(L2)을 제공하기 위한 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)을 더 포함하며, 상기 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)은 제 1 전극(10; 120; 220), 제 2 전극(11; 121; 211) 및 그들 사이에 위치하며 매트릭스와 그 매트릭스에서 이동 가능한 이온들을 포함하는 제 2 광 방출 층(13; 113; 213)을 가지고, 상기 매트릭스에서의 상기 이온들의 이동도는 온도 의존적이고, 상기 온도 표시기(1; 101; 201)는 AC 전압으로 상기 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)을 구동하도록 적응된 전원(5; 105; 205)을 더 포함하며, 그 AC 전압의 주파수는 표면 온도가 일정한 레벨을 초과할 때 상기 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)이 제 2 유형의 광 방출(L2)을 제공하는 식으로 조정되는, 온도 표시기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 광 방출 층(12; 212)과 상기 제 2 광 방출 층(13; 213)은 서로의 상부에 놓이고, 광 방출 다이오드(8; 208)와 광 방출 전기화학 셀(9; 209)은 적어도 하나의 공통 전극(10, 11; 211)을 가지는, 온도 표시기.
3. 제 1항에 있어서, 광 방출 다이오드(108)의 제 1 전극(110)과 제 2 전극(111) 중 적어도 하나는 광 방출 전기화학 셀(109)의 제 1 전극(120)과 제 2 전극(121)과 분리되는, 온도 표시기.
4. 제 2항에 있어서, 광 방출 다이오드(8)와 광 방출 전기화학 셀(9)은 둘 모두에게 공통인 전극(10, 11)을 가지는, 온도 표시기.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광 방출 층(12, 13)에서의 정공(H)의 이동도는, 상기 층 내의 전자(e)의 이동도와는 상이한, 온도 표시기.
6. 제 2항, 제 4항 또는 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 중 적어도 하나는 낮은 일 함수의 전극(10; 210)이고, 상기 전극 중 적어도 하나는 높은 일 함수의 전극(11; 211)인, 온도 표시기.
7. 제 2항에 있어서, 제 1 광 방출 층(212)과 제 2 광 방출 층(213)은 공통 전극(211)에 의해 분리되는, 온도 표시기.
8. 제 3항 또는 제 7항에 있어서, 광 방출 다이오드(108; 208)와 광 방출 전기화학 셀(109; 209)은 전기적인 관점에서 병렬로 배치되고, AC 전원(105; 205)은 광 방출 다이오드(108; 208)와 광 방출 전기화학 셀(109; 209) 둘 다를 구동하는, 온도 표시기.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, AC 전원(5; 105; 205)은 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)을 광 방출 다이오드(8; 108; 208)를 구동시키는 펄스 길이보다 긴 펄스 길이로 구동시키도록 적응되는, 온도 표시기.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, AC 전원(5; 105; 205)은, 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)이 광 방출 다이오드(8; 108; 208)의 광 출력보다 높은 광 출력을 주도록 충분히 높은 전류로 광 방출 전기화학 셀(9; 109; 209)을 구동하도록 적응되는, 온도 표시기.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 유형의 광 방출(L2)은 컬러 포인트 및/또는 방출된 광의 세기에 관해, 제 1 유형의 광 방출(L1)과 상이한, 온도 표시기.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 온도 표시기(1)는 가전 제품(3)의 잠재적으로 뜨거운 표면(16) 전체를 실질적으로 커버하도록 적응되고, 상 기 온도 표시기(1)는 상기 표면 중 어느 부분이 뜨거운지를 표시하는, 온도 표시기.
13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 온도 표시기(301)에는 광 방출 전기화학 셀(309)을 통해 연장하고 상기 셀(309)을 통해 열을 전도하도록 적응되는 열 접점(330; 430)이 제공되는, 온도 표시기.

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