본 발명은 레이저 조사에 의하여 정보를 표시하는 스마트 윈도우 디스플레이에 관한 것이다.The present invention relates to a smart window display that displays information by laser irradiation.
스마트 윈도우는 외부에서 유입되는 전자기파인 자외선, 가시광선 또는 적외선의 투과율을 자유롭게 조절하여 에너지 효율을 향상시키거나 눈부심을 방지할 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우는 사용자에게 필요한 정보를 제공할 수 있는 디스플레이용 윈도우로 사용될 수 있다. 상기 스마트 윈도우는 유리 또는 투명 필름 형태를 가지며, 자동차, 버스, 항공기 또는 기차와 같은 수송 분야, 주택 또는 인테리어과 같은 건축 분야, 사무실 또는 식당과 같은 상업 분야, 디스플레이 또는 반도체과 같은 정보 표시 분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 상기 스마트 윈도우는 커튼이 필요없는 건축용 창호에 적용하여 실내의 조명 부하와 냉·난방 부하를 줄일 수 있다.Smart windows can improve energy efficiency or prevent glare by freely adjusting the transmittance of ultraviolet rays, visible rays, or infrared rays, which are electromagnetic waves coming from the outside. Additionally, the smart window can be used as a display window that can provide necessary information to the user. The smart window has the form of glass or a transparent film and can be applied to transportation fields such as cars, buses, aircraft or trains, architectural fields such as houses or interiors, commercial fields such as offices or restaurants, and information display fields such as displays or semiconductors. . For example, the smart window can be applied to architectural windows that do not require curtains to reduce indoor lighting load and cooling/heating load.
상기 스마트 윈도우는 수동형 스마트 윈도우 (Passive smart window)와 능동형 스마트 윈도우 (Active smart window)로 구분될 수 있다. 상기 수동형 스마트 윈도우는 박막 형태의 물질을 유리 또는 필름에 형성시킴으로써 일정 파장의 태양광을 차폐 또는 투과시킬 수 있다. 상기 수동형 스마트 윈도우는 전기/전자적 시스템을 사용하지 않기 때문에 별도의 구동 픽셀, 구동 회로 및 전원 공급 장치가 필요 없다. 상기 수동형 스마트 윈도우는 유리뿐만 아니라 필름화 기술을 통해 건축 분야, 산업 분야 및 교통 분야로 다양하게 응용될 수 있다. 하지만 상기 수동형 스마트 윈도우는 제한된 반응 매개체 (태양광 및 열), 낮은 반응 속도, 불필요한 색변화, 낮은 안정성 때문에 사용자가 원하는 시점에 즉각적으로 사용하기가 어려운 측면이 있다.The smart window can be divided into a passive smart window and an active smart window. The passive smart window can block or transmit sunlight of a certain wavelength by forming a thin film-type material on glass or film. Since the passive smart window does not use an electrical/electronic system, there is no need for a separate driving pixel, driving circuit, or power supply. The passive smart window can be applied in various fields such as architecture, industry, and transportation through film technology as well as glass. However, the passive smart window has limited reaction media (sunlight and heat), low reaction speed, unnecessary color change, and low stability, making it difficult to use it immediately when the user wants.
상기 능동형 스마트 윈도우는 polyCo, LiClO4-PC, Fe(CN)6, WO3 소재로 제작된 박막에 전압을 걸어 햇빛을 차단 또는 투과시킬 수 있다. 상기 능동형 스마트 윈도우는 전자기적 장치를 사용하므로 사용자의 필요에 따라 스위치 전환만으로도 햇빛의 차단 또는 투과를 구현할 수 있다. 다만, 상기 능동형 스마트 윈도우는 제작하는데 증착 공정, 패터닝 공정과 같은 비싸고 복잡한 반도체 공정이 필요할 뿐만 아니라, 구동시 소비 전력이 높고 반응 속도가 느리다는 측면이 있다.The active smart window can block or transmit sunlight by applying voltage to a thin film made of polyCo, LiClO4 -PC, Fe(CN)6 , and WO3 materials. Since the active smart window uses an electromagnetic device, it can block or transmit sunlight just by switching a switch depending on the user's needs. However, the active smart window not only requires expensive and complex semiconductor processes such as deposition and patterning processes to manufacture, but also has high power consumption and slow response speed during operation.
상기 수동형 스마트 윈도우는 일부 영역만을 선택적으로 투명 또는 불투명하게 하는 것이 어렵지만, 능동형 스마트 윈도우는 픽셀 형성 및 구동 방식 제어를 통해 일부 영역만을 선택적으로 투명 또는 불투명하게 하는 것이 가능할 수 있다. 하지만, 상기 수동형 스마트 윈도우와 능동형 스마트 윈도우는 유리를 투명 또는 불투명하게 하여 내부 공간의 에너지 효율 향상, 눈부심 방지, 사생활 보호와 같은 차단막 역할에 기능이 한정되어 있다는 점은 동일하다.It is difficult for the passive smart window to selectively make only some areas transparent or opaque, but for the active smart window, it may be possible to selectively make only some areas transparent or opaque through controlling pixel formation and driving method. However, the passive smart window and the active smart window have the same function in that the glass is made transparent or opaque to improve energy efficiency of the interior space, prevent glare, and protect privacy.
본 발명은 윈도우 역할을 하면서 레이저 조사를 이용하여 사용자에게 필요한 정보를 실시간으로 제공할 수 있는 스마트 윈도우 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a smart window display that acts as a window and can provide necessary information to the user in real time using laser irradiation.
또한, 본 발명은 사용자가 원하는 위치에 다양한 색감의 글자 및 이미지를 표시할 수 있는 스마트 윈도우 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the purpose of the present invention is to provide a smart window display that can display letters and images of various colors at a location desired by the user.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이는 제 1 면과 제 2 면을 구비하며 투명한 재질로 형성되는 제 1 기판과, 제 1 면과 제 2 면을 구비하며, 상기 제 1 기판의 제 2 면에 형성되며 적외선 또는 근적외선을 흡수하여 발열하는 흡수 발열층과, 제 1 면과 제 2 면을 구비하고 투명한 재질로 형성되며 상기 제 1 면이 상기 흡수 발열층의 제 2면과 소정 거리로 이격되어 충진 공간을 형성하는 제 2 기판 및 열에 의하여 투명 상태와 불투명 상태로 가역적으로 변환되는 정보 표시 물질이 상기 충진 공간에 충진되어 형성되는 정보 표시층을 포함하는 것을 특징으로 한다.A smart window display according to an embodiment of the present invention includes a first substrate having a first side and a second side and made of a transparent material, the first side and the second side, and the second side of the first substrate. It is formed on a surface and has an absorption heating layer that absorbs infrared or near-infrared rays and generates heat, a first surface and a second surface, and is made of a transparent material, and the first surface is spaced a predetermined distance from the second surface of the absorption heating layer. It is characterized by comprising a second substrate forming a filling space and an information display layer formed by filling the filling space with an information display material that is reversibly converted into a transparent state and an opaque state by heat.
또한, 상기 제 1 기판과 제 2 기판은 평면 또는 곡면으로 형성될 수 있다.Additionally, the first and second substrates may be formed as flat or curved surfaces.
또한, 상기 제 1 기판과 제 2 기판은 유리 기판 또는 수지 필름으로 형성될 수 있다.Additionally, the first and second substrates may be formed of a glass substrate or a resin film.
또한, 상기 수지 필름은 폴리에틸렌 나프탈레이트 (Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리이미드 (Polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Ployethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌에테르프탈레이트 (polyethylene ether phthalate), 폴리카보네 이트 (polycarbonate), 폴리아릴레이트 (polyarylate), 폴리에테르이미드 (polyether imide), 폴리에테르술폰산 (polyether sulfonate), 폴리이미드 (polyimide) 및 폴리아크릴레이트(polyacrylate)에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.In addition, the resin film is made of polyethylene naphthalate (PEN), polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene ether phthalate, polycarbonate, and polyester. It may be formed of any material selected from polyarylate, polyether imide, polyether sulfonate, polyimide, and polyacrylate.
또한, 상기 흡수 발열층에 코팅된 흡수 발열 물질은 적외선 및 근적외선을 흡수 또는 반사하는 역할을 하는 무기산화물 (Zn, Cu, Sn, Ni, Pt, Sb, Mo의 산화물 또는 ITO, CTO) 또는 적외선 및 근적외선을 흡수하는 유기염료(시아닌계, 디이모늄계, 니켈금속착체 또는 디카복시마이드계 유기 염료에서 선택되는 어느 하나의 물질)에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.In addition, the absorption heating material coated on the absorption heating layer is an inorganic oxide (oxide of Zn, Cu, Sn, Ni, Pt, Sb, Mo or ITO, CTO) that absorbs or reflects infrared and near-infrared rays, or infrared and near-infrared rays. It may be formed of any material selected from organic dyes that absorb near-infrared rays (any material selected from cyanine-based, dimonium-based, nickel metal complex, or dicarboximide-based organic dyes).
또한, 상기 정보 표시층은 10 ~ 10,000㎛의 두께로 형성될 수 있다.Additionally, the information display layer may be formed to have a thickness of 10 to 10,000 μm.
또한, 상기 정보 표시 물질은 모노머(monomer)인 N-isopropylacrylamide(NIPAM)와 가교제(crosslinker)와 촉매(catalyst)와 개시제(initiator) 및 물을 포함할 수 있다.Additionally, the information display material may include N-isopropylacrylamide (NIPAM) as a monomer, a crosslinker, a catalyst, an initiator, and water.
또한, 상기 가교제는 N,N'-methylenebis(acrylamide)(BIS)이며, 상기 촉매는 N,N,N'N'-Tetramethylethylenediamine(TEMED)이며, 상기 개시제는 ammonium peroxydisulfate (APS)일 수 있다.Additionally, the cross-linking agent may be N,N'-methylenebis(acrylamide) (BIS), the catalyst may be N,N,N'N'-Tetramethylethylenediamine (TEMED), and the initiator may be ammonium peroxydisulfate (APS).
또한, 상기 정보 표시 물질은 에스터, 알코올 및 아마이드계에서 선택되는 어느 하나의 작용기를 포함하는 열감응성 고분자와 물을 포함하는 하이드로겔일 수 있다.Additionally, the information display material may be a hydrogel containing water and a heat-sensitive polymer containing any one functional group selected from the ester, alcohol, and amide groups.
또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는 상기 흡수 발열층의 제 2 면과 상기 제 2 기판의 제 1 면 사이에서 가장 자리를 따라 링 형상으로 형성되어 상기 정보 표시층의 외측면을 밀봉하는 밀봉링을 더 포함할 수 있다.In addition, the smart window display further includes a sealing ring that is formed in a ring shape along an edge between the second side of the absorption heating layer and the first side of the second substrate to seal the outer side of the information display layer. can do.
본 발명의 스마트 윈도우 디스플레이는 윈도우 역할을 하면서도 레이저 조사를 이용하여 사용자에게 필요한 정보를 실시간으로 제공하는 디스플레이로 역할을 할 수 있다.The smart window display of the present invention can serve as a window and a display that provides necessary information to the user in real time using laser irradiation.
또한, 본 발명의 스마트 윈도우 디스플레이는 수동형 스마트 윈도우의 장점인 저렴하고 간단한 공정에 의한 제조 가능성, 능동형 스마트 윈도우의 장점인 필요한 영역에 대한 선택적 차단과 투과 기능 및 투명 디스플레이의 장점인 투명한 기판에 실시간 정보 제공 기능을 모두 구비할 수 있다.In addition, the smart window display of the present invention has the advantage of a passive smart window, which is cheap and can be manufactured through a simple process, the advantage of an active smart window, which is a selective blocking and transmission function for the required area, and the advantage of a transparent display, which is real-time information on a transparent substrate. All provided functions are available.
또한, 본 발명의 스마트 윈도우 디스플레이는 프로젝터와 함께 사용하여 사용자가 원하는 위치에 다양한 색감의 글자 및 이미지를 표시할 수 있다.Additionally, the smart window display of the present invention can be used with a projector to display letters and images of various colors at a location desired by the user.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이의 수직 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이의 동작 모식도이다.
도 3은 도 2의 정보 표시층을 구성하는 하이드로겔 형태의 crosslinked pNIPAM 분자 구조 및 온도에 따른 crosslinked pNIPAM 분자 구조의 형태변화 모식도이다.
도 4는 실시예의 스마트 윈도우 디스플레이의 구성도이다.
도 5는 흡수 발열층(각각 CR20, CR70, CR90) 및 PEN 필름의 조사되는 광의 파장에 따른 광투과율과 광흡수율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 흡수 발열층(각각 CR20, CR70 및 CR90)에 대한 근적외선(1064nm) 조사 시간에 따른 발열 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 스마트 윈도우 디스플레이에 근적외선이 조사될 때 조사 시간에 따른 정보 표시층의 측면 사진이다.
도 8은 흡수 발열층으로 각각 CR70 또는 CR20으로 제작한 스마트 윈도우 디스플레이의 사진이다.
도 9는 정보 표시층을 구성하는 일 실시예인 crosslinked pNIPAM을 합성하기 위한 반응 메커니즘에 대한 모식도이다.
도 10은 crosslinked pNIPAM과 CR70으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 온도에 따른 가시광선 영역의 광투과율 변화 그래프이다.
도 11은 crosslinked pNIPAM과 CR20으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 온도에 따른 가시광선 영역의 광투과율 변화 그래프이다.
도 12는 레이저 조사시에 crosslinked pNIPAM과 CR70으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층의 두께에 따른 라인 패턴에 대한 가시광 및 적외선 카메라 이미지이다.
도 13은 도 12의 스마트 윈도우 디스플레이에서 레이저 조사시에 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 실제 기판 온도를 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 12의 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저를 조사시 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 라인 패턴 이미지의 밝기 그래프이다
도 15는 crosslinked pNIPAM과 CR20으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 라인 패턴에 대한 가시광 및 적외선 카메라 이미지이다.
도 16은 도 15의 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사 시 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 실제 기판 온도를 나타내는 그래프이다.
도 17는 도 15의 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사시 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 라인 패턴 이미지의 밝기 그래프이다.
도 18은 정보 표시층 두께가 다르게 제작된 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사 회수에 따라 형성되는 라인 패턴 사진과 라인 패턴 이미지 밝기 그래프이다.
도 19는 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사 시간과 휴지기 시간을 변화시키면서 형성시킨 라인 패턴 이미지의 온도 균일도 및 패턴 밝기 그래프이다.
도 20은 (a)-(c)는 평면 형태의 스마트 윈도우 디스플레이의 구동 모식도와 2가지 타입의 근적외선 흡수 발광층을 사용하여 제작한 스마트 윈도우 디스플레이에 형성된 다양한 흰색 도형 및 글자 이미지들이며. (d)-(f)는 곡면 형태의 스마트 윈도우 디스플레이의 구동 모식도와 2가지 타입의 근적외선 흡수 발광층을 사용하여 제작한 스마트 윈도우 디스플레이에 형성된 다양한 흰색 도형 및 글자 이미지들이며, (g)-(i)는 근적외선 레이저 및 프로젝터를 동시에 조사함으로서 윈도우 디스플레이에 칼라 형상의 이미지를 형성할 수 있는 방법을 보여주는 모식도와 윈도우 디스플레이에 형성된 다양한 칼라의 프로젝션 이미지들이다.1 is a vertical cross-sectional view of a smart window display according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of the operation of a smart window display according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of the hydrogel-type crosslinked pNIPAM molecular structure constituting the information display layer of Figure 2 and the shape change of the crosslinked pNIPAM molecular structure according to temperature.
Figure 4 is a configuration diagram of a smart window display in an embodiment.
Figure 5 is a graph showing the light transmittance and light absorption rate of the absorption heating layer (CR20, CR70, and CR90, respectively) and the PEN film according to the wavelength of the irradiated light.
Figure 6 is a graph showing the heat generation characteristics according to the irradiation time of near-infrared rays (1064 nm) for the absorption heat-generating layers (CR20, CR70, and CR90, respectively).
Figure 7 is a side photo of the information display layer according to irradiation time when near-infrared rays are irradiated to a smart window display.
Figure 8 is a photo of a smart window display made of CR70 or CR20 as the absorption heating layer, respectively.
Figure 9 is a schematic diagram of the reaction mechanism for synthesizing crosslinked pNIPAM, which is an example of forming an information display layer.
Figure 10 is a graph of the change in light transmittance in the visible light region according to temperature of a smart window display formed of crosslinked pNIPAM and CR70.
Figure 11 is a graph of the change in light transmittance in the visible light region according to temperature of a smart window display formed of crosslinked pNIPAM and CR20.
Figure 12 shows visible and infrared camera images of line patterns according to the thickness of the information display layer of a smart window display formed of crosslinked pNIPAM and CR70 upon laser irradiation.
FIG. 13 is a graph showing the actual substrate temperature according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 12 when laser is irradiated.
Figure 14 is a graph of the brightness of the line pattern image according to the thickness of the information display layer of the smart window display of Figure 12 when irradiating a near-infrared laser.
Figure 15 is a visible light and infrared camera image of a line pattern according to the thickness of the information display layer of a smart window display formed with crosslinked pNIPAM and CR20.
FIG. 16 is a graph showing the actual substrate temperature according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 15 when irradiating a near-infrared laser.
FIG. 17 is a graph of the brightness of a line pattern image according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 15 when irradiating a near-infrared laser.
Figure 18 is a line pattern photograph and a line pattern image brightness graph formed according to the number of near-infrared laser irradiation in a smart window display manufactured with different information display layer thicknesses.
Figure 19 is a graph of temperature uniformity and pattern brightness of a line pattern image formed by changing the near-infrared laser irradiation time and rest time in a smart window display.
Figure 20 (a)-(c) is a schematic diagram of the operation of a flat smart window display and various white shapes and letter images formed on a smart window display manufactured using two types of near-infrared absorbing light-emitting layers. (d)-(f) are a schematic diagram of the operation of a curved smart window display and various white shapes and text images formed on a smart window display manufactured using two types of near-infrared absorbing light-emitting layers, (g)-(i) is a schematic diagram showing how to form a color image on a window display by simultaneously irradiating a near-infrared laser and a projector, and various colored projection images formed on the window display.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 조사를 이용하는 스마트 윈도우 디스플레이에 대하여 설명한다.Hereinafter, a smart window display using laser irradiation according to embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
먼저, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 조사를 이용하는 스마트 윈도우 디스플레이에 대하여 설명한다.First, a smart window display using laser irradiation according to embodiments of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이의 수직 단면도이다.1 is a vertical cross-sectional view of a smart window display according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이(100)는, 도 1을 참조하면, 제 1 기판(110)과 흡수 발열층(120)과 제 2 기판(130) 및 정보 표시층(140)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 밀봉링(150)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the smart window display 100 according to an embodiment of the present invention includes a first substrate 110, an absorption heating layer 120, a second substrate 130, and an information display layer 140. It can be included. Additionally, the smart window display 100 may further include a sealing ring 150.
상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 필요로 하는 면적을 갖는 평판 형상의 윈도우 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 소정의 곡률을 갖는 곡면 형상의 윈도우 형상으로 형성될 수 있다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 윈도우 역할을 하면서도 레이저 조사를 통하여 사용자에게 필요한 정보를 실시간으로 제공하는 디스플레이로 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 프로젝터와 함께 사용하여 사용자가 원하는 위치에 다양한 색감의 글자 및 이미지를 표시할 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 수동형 스마트 윈도우의 장점인 저렴하고 간단한 공정에 의한 제조 가능성, 능동형 스마트 윈도우의 장점인 필요한 영역에 대한 선택적 차단과 투과 기능 및 투명 디스플레이의 장점인 투명한 기판에 실시간 정보 제공 기능을 모두 구비할 수 있다.The smart window display 100 may be formed in the shape of a flat window having a required area. Additionally, the smart window display 100 may be formed in a curved window shape with a predetermined curvature. The smart window display 100 can function as a window and as a display that provides necessary information to the user in real time through laser irradiation. Additionally, the smart window display 100 can be used with a projector to display letters and images of various colors at a location desired by the user. In addition, the smart window display 100 has the advantage of a passive smart window, which is the possibility of being manufactured through a cheap and simple process, the advantage of an active smart window, which is selective blocking and transmitting functions for necessary areas, and the advantage of a transparent display, which is a transparent substrate in real time. It can be equipped with all information provision functions.
한편, 이하의 설명에서 제 1 면은 도 1에서 상부 방향을 향하는 면을 의미하며, 제 2 면은 그 반대면을 의미할 수 있다. 따라서, 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)를 구성하는 각 구성 요소들은 각각 제 1 면과 제 2 면을 구비할 수 있다.Meanwhile, in the following description, the first side may refer to the side facing upward in FIG. 1, and the second side may refer to the opposite side. Accordingly, each component constituting the smart window display 100 may each have a first side and a second side.
상기 제 1 기판(110)은 투명한 재질로 형성되며, 리지드(rigid)한 평판 기판, 리지드한 커브드(curved) 기판 또는 플렉서블(flexible)한 기판으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 기판(110)은 유리 기판 또는 수지 필름으로 형성될 수 있다. 상기 수지 필름은 폴리에틸렌 나프탈레이트 (Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리이미드 (Polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Ployethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌에테르프탈레이트 (polyethylene ether phthalate), 폴리카보네 이트 (polycarbonate), 폴리아릴레이트 (polyarylate), 폴리에테르이미드 (polyether imide), 폴리에테르술폰산 (polyether sulfonate), 폴리이미드 (polyimide) 및 폴리아크릴레이트(polyacrylate)에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 수지 필름은 유연성을 가지는 다양한 유기 물질로 형성될 수 있다.The first substrate 110 is made of a transparent material and may be formed as a rigid flat substrate, a rigid curved substrate, or a flexible substrate. The first substrate 110 may be formed of a glass substrate or a resin film. The resin film is polyethylene naphthalate (PEN), polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene ether phthalate, polycarbonate, and polyarylate. It may be formed of any material selected from polyarylate, polyether imide, polyether sulfonate, polyimide, and polyacrylate. Additionally, the resin film may be formed of various flexible organic materials.
상기 제 1 기판(110)은 제 1 면과 제 2 면을 구비하며, 제 1 면은 스마트 윈도우 디스플레이(100)의 상측 또는 외측을 향하며, 제 2 면은 제 2 기판(130)을 향하는 하측 또는 내측을 향할 수 있다.The first substrate 110 has a first side and a second side, the first side faces the upper or outer side of the smart window display 100, and the second side faces the lower or outer side toward the second substrate 130. It can be directed inward.
상기 흡수 발열층(120)은 적외선 또는 근적외선을 흡수하여 발열하는 흡수 발열 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 흡수 발열 물질은 적외선 또는 근적외선을 흡수하여 발열하는 알려진 다양한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 흡수 발열층(120)은 조사되는 적외선 또는 근적외선의 일부를 반사하고 일부를 흡수할 수 있다. 따라서, 상기 흡수 발열층(120)은 적외선 또는 근적외선의 일부를 흡수하고 일부를 반사하면서 발열할 수 있다.The absorption heating layer 120 may include an absorption heating material that generates heat by absorbing infrared or near-infrared rays. Additionally, the absorbing heat-generating material may include various known materials that generate heat by absorbing infrared or near-infrared rays. Additionally, the absorption heating layer 120 may reflect part of the irradiated infrared or near-infrared rays and absorb part of them. Accordingly, the absorption heating layer 120 can generate heat while absorbing part of infrared or near-infrared rays and reflecting part of them.
상기 흡수 발열층(120)은 적외선 또는/및 근적외선에 대한 투과율이 5%이하이고, 가시광선에 대한 투과율이 20% ~ 70%인 물질일 수 있다. 여기서, 상기 흡수 발열층(120)의 적외선 또는 근적외선에 투과율이 10%이하라는 의미는 적외선에 대한 흡수율 또는/및 반사율이 95%이상일 수 있다.The absorption heating layer 120 may be a material having a transmittance of infrared and/or near-infrared rays of 5% or less and a transmittance of visible rays of 20% to 70%. Here, the fact that the absorption and heating layer 120 has a transmittance of 10% or less to infrared or near-infrared rays means that the absorption and/or reflectance of infrared rays may be 95% or more.
또한, 상기 흡수 발열층(120)은 흡수 발열 물질이 투명 필름에 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 투명필름은 폴리에틸렌 나프탈레이트 (Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리이미드 (Polyimide), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (Ployethylene Terephthalate; PET), 폴리에틸렌에테르프탈레이트 (polyethylene ether phthalate), 폴리카보네 이트 (polycarbonate), 폴리아릴레이트 (polyarylate), 폴리에테르이미드 (polyether imide), 폴리에테르술폰산 (polyether sulfonate), 폴리이미드 (polyimide) 및 폴리아크릴레이트(polyacrylate)에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성될 수 있다.Additionally, the absorption heating layer 120 may be formed by coating an absorption heating material on a transparent film. The transparent film is made of polyethylene naphthalate (PEN), polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene ether phthalate, polycarbonate, and polyarylate. It may be formed of any material selected from polyarylate, polyether imide, polyether sulfonate, polyimide, and polyacrylate.
또한, 상기 흡수 발열 물질은 적외선 또는 근적외선을 흡수 또는 반사하는 역할을 하는 무기산화물(Zn, Cu, Sn, Ni, Pt, Sb 또는 Mo의 산화물 또는 ITO, CTO) 또는 적외선 및 근적외선을 흡수하는 유기 염료(시아닌계, 디이모늄계, 니켈금속착체, 디카복시마이드계 등 유기 염료)에서 선택되는 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 흡수 발열 물질은 무기 산화물 또는 유기 염료와 수지가 혼합되어 형성되는 복수의 필름층으로 형성될 수 있다.In addition, the absorbing heating material is an inorganic oxide (oxide of Zn, Cu, Sn, Ni, Pt, Sb or Mo, or ITO, CTO) that absorbs or reflects infrared or near-infrared rays, or an organic dye that absorbs infrared and near-infrared rays. It may contain any one material selected from (organic dyes such as cyanine-based, dimonium-based, nickel metal complex, dicarboximide-based, etc.). Additionally, the absorption heating material may be formed of a plurality of film layers formed by mixing inorganic oxide or organic dye and resin.
또한, 상기 흡수 발열층(120)은 한국특허출원 제10-2011-7017057호, 제10-2014-7013055호, 제10-2017-7012740호, 10-2021-7032089호에서 개시되는 물질을 포함할 수 있다.In addition, the absorption heating layer 120 may include a material disclosed in Korean Patent Application Nos. 10-2011-7017057, 10-2014-7013055, 10-2017-7012740, and 10-2021-7032089. You can.
또한, 상기 흡수 발열층은 적외선 또는 근적외선을 차단 또는 반사시키기 위하여 사용되는 다양한 차단 필름을 포함할 수 있다. 상기 차단 필름은 건물 또는 집의 창문, 차량의 창문에 사용되는 필름일 수 있다.Additionally, the absorption heating layer may include various blocking films used to block or reflect infrared or near-infrared rays. The barrier film may be a film used for windows of buildings or houses, or windows of vehicles.
상기 흡수 발열층(120)은 제 1 기판(110)에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다. 상기 흡수 발열층(120)은 제 1 면과 제 2 면을 구비하며 제 1 면이 제 1 기판(110)의 제 2 면에 결합될 수 있다.The absorption heating layer 120 may be formed to have an area corresponding to the first substrate 110 . The absorption heating layer 120 has a first side and a second side, and the first side may be coupled to the second side of the first substrate 110.
상기 제 2 기판(130)은 제 1 기판(110)과 동일한 재질과 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 기판(130)은 제 1 면이 흡수 발열층(120)의 제 2 면과 소정 거리로 이격되어 위치할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 기판(130)의 제 1 면과 흡수 발열층(120)의 제 2 면 사이에는 소정의 충진 공간이 형성될 수 있다.The second substrate 130 may be formed of the same material and shape as the first substrate 110. The first surface of the second substrate 130 may be positioned at a predetermined distance from the second surface of the absorption and heating layer 120. Accordingly, a predetermined filling space may be formed between the first side of the second substrate 130 and the second side of the absorption heating layer 120.
상기 정보 표시층(140)은 흡수 발열층(120)의 제 2 면과 제 2 기판(130)의 제 1 면 사이에 위치할 수 있다. 상기 정보 표시층(140)은 제 2 기판(130)과 흡수 발열층(120) 사이의 충진 공간에 정보 표시 물질이 충진되어 형성될 수 있다. 상기 정보 표시 물질은 열에 의하여 가역적으로 상태가 변환되는 물질일 수 있다. 상기 정보 표시 물질은 온도에 따라 상태(phase)가 변하는 하이드로겔 소재를 사용할 수 있다. 상기 정보 표시층(140)에 사용되는 열 감응성 고분자(에스터, 알코올, 아마이드계 등의 작용기를 포함한 고분자)에 물이 포함되는 하이드로겔에서 선택되는 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다. 상기 하이드로겔 소재는 개시제와 가교제를 이용하여 가교된(crosslinked) 형태로 합성된 crosslinked pNIPAM일 수 있다. 상기 정보 표시층(140)은 10 ~ 10,000㎛의 두께로 형성될 수 있다.The information display layer 140 may be located between the second surface of the absorption and heating layer 120 and the first surface of the second substrate 130. The information display layer 140 may be formed by filling the filling space between the second substrate 130 and the absorption heating layer 120 with an information display material. The information display material may be a material whose state is reversibly changed by heat. The information display material may be a hydrogel material whose phase changes depending on temperature. The heat-sensitive polymer (polymer containing functional groups such as ester, alcohol, amide, etc.) used in the information display layer 140 may be formed of any material selected from hydrogels containing water. The hydrogel material may be crosslinked pNIPAM synthesized in a crosslinked form using an initiator and a crosslinking agent. The information display layer 140 may be formed to have a thickness of 10 to 10,000 ㎛.
상기 crosslinked pNIPAM은 모노머(monomer)인 N-isopropylacrylamide(NIPAM)와 가교제(crosslinker)와 촉매(catalyst)와 개시제(initiator) 및 물을 포함할 수 있다. 상기 가교제는 N,N'-methylenebis(acrylamide)(BIS)일 수 있다. 또한, 상기 촉매는 N,N,N'N'-Tetramethylethylenediamine(TEMED)일 수 있다. 상기 개시제는 ammonium peroxydisulfate (APS)일 수 있다. 여기서 상기 물은 deionized (DI) water일 수 있다.The crosslinked pNIPAM may include a monomer, N-isopropylacrylamide (NIPAM), a crosslinker, a catalyst, an initiator, and water. The cross-linking agent may be N,N'-methylenebis(acrylamide) (BIS). Additionally, the catalyst may be N,N,N'N'-Tetramethylethylenediamine (TEMED). The initiator may be ammonium peroxydisulfate (APS). Here, the water may be deionized (DI) water.
상기 crosslinked pNIPAM은 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저, 상기 N-isopropylacrylamide (NIPAM)와 N,N (BIS)이 물에 용해되어 NIPAM-BIS 용액으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 NIPAM과 BIS는 mmol 비율로 10: 0.1 ~ 0.2로 혼합될 수 있다. 또한, 상기 물은 NIPAM 10mmol에 대하여 5 ~ 10mL로 혼합될 수 있다.The crosslinked pNIPAM can be prepared as follows. First, the N-isopropylacrylamide (NIPAM) and N,N (BIS) can be dissolved in water to prepare a NIPAM-BIS solution. At this time, the NIPAM and BIS may be mixed at a mmol ratio of 10: 0.1 to 0.2. Additionally, the water may be mixed at 5 to 10 mL per 10 mmol of NIPAM.
상기 TEMED는 먼저 물에 용해되어 TEMED 용액으로 제조될 수 있다. 상기 물은 TEMED 1mmol에 대하여 2 ~ 3mL로 혼합될 수 있다. 상기 TEMED 용액과 NIPAM-BIS 용액은 혼합되어 NIPAM-BIS-TEMED 용액으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 TEMED는 NIPAM 10mmol에 대하여 0.3 ~ 0.5mmol로 혼합될 수 있다. 상기 APS는 먼저 물에 용해되어 APS 용액으로 제조될 수 있다. 상기 물은 APS 1mmol에 대하여 1.2 ~ 1.8mL로 혼합될 수 있다. 상기 NIPAM-BIS-TEMED 용액과 APS 용액은 부비피로 1: 1.0 ~ 3.0의 비율로 혼합되어 NIPAM-BIS-TEMED-APS 용액으로 제조될 수 있다. 상기 NIPAM-BIS-TEMED-APS 용액은 소정의 반응 시간동안 자유 라디칼 중합과 가교 반응을 진행하여 가교된 pNIPAM으로 제조될 수 있다. 상기 pNIPAM은 제 2 기판(130)과 흡수 발열층(120) 사이의 충진 공간에 주입될 수 있다. 상기 pNIPAM은 자유 라디칼 중합과 가교 반응이 종료되기 전에 충진 공간에 주입되며, 하이드로겔(hydrogel) 상태인 crosslinked pNIPAM으로 채워질 수 있다.The TEMED can be prepared as a TEMED solution by first dissolving in water. The water can be mixed at 2 to 3 mL per 1 mmol of TEMED. The TEMED solution and the NIPAM-BIS solution can be mixed to produce a NIPAM-BIS-TEMED solution. At this time, the TEMED can be mixed at 0.3 to 0.5 mmol with respect to 10 mmol of NIPAM. The APS can be prepared as an APS solution by first dissolving in water. The water may be mixed at 1.2 to 1.8 mL per 1 mmol of APS. The NIPAM-BIS-TEMED solution and the APS solution can be mixed at a ratio of 1:1.0 to 3.0 to prepare the NIPAM-BIS-TEMED-APS solution. The NIPAM-BIS-TEMED-APS solution can be produced into crosslinked pNIPAM by undergoing free radical polymerization and crosslinking reaction for a predetermined reaction time. The pNIPAM may be injected into the filling space between the second substrate 130 and the absorption heating layer 120. The pNIPAM is injected into the filling space before the free radical polymerization and crosslinking reaction is completed, and can be filled with crosslinked pNIPAM in a hydrogel state.
상기 밀봉링(150)은 흡수 발열층(120)의 제 2 면과 제 2 기판(130)의 제 1 면 사이에서 가장 자리를 따라 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 밀봉링(150)은 흡수 발열층(120)과 제 2 기판(130) 사이에 충진 공간을 형성할 수 있다. 상기 밀봉링(150)은 양면 테이프 또는 접착제로 형성될 수 있다. 상기 밀봉링(150)은 정보 표시층(140)의 두께에 대응되는 두께로 형성될 수 있다. 상기 밀봉링(150)은 충진 공간의 외측을 밀폐하여 충진 공간의 내부에 충진되는 정보 표시 물질이 외부로 누출되지 않도록 할 수 있다.The sealing ring 150 may be formed in a ring shape along an edge between the second surface of the absorption heating layer 120 and the first surface of the second substrate 130. The sealing ring 150 may form a filling space between the absorption heating layer 120 and the second substrate 130. The sealing ring 150 may be formed of double-sided tape or adhesive. The sealing ring 150 may be formed to have a thickness corresponding to the thickness of the information display layer 140. The sealing ring 150 can seal the outside of the filling space to prevent the information display material filled inside the filling space from leaking to the outside.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이의 작용에 대하여 설명한다.Next, the operation of a smart window display according to an embodiment of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우 디스플레이의 동작 모식도이다. 도 3은 도 2의 정보 표시층의 온도에 따른 분자 및 구조 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram of the operation of a smart window display according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic diagram of the molecules and structure of the information display layer of FIG. 2 according to temperature.
상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 제 2 기판(130)/정보 표시층(140)(crosslinked pNIPAM)/흡수 발열층(120)/제 1 기판(110)이 적층되는 구조로 형성될 수 있다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 제 2 기판(130)과 정보 표시층(140)과 흡수 발열층(120) 및 제 1 기판(110)이 모두 가시광 영역에서 투명하여 뒤의 배경이 육안으로 확인할 수 있도록 한다.As shown in FIG. 2, the smart window display 100 is a stacked structure of a second substrate 130/information display layer 140 (crosslinked pNIPAM)/absorption heating layer 120/first substrate 110. It can be formed into a structure. In the smart window display 100, the second substrate 130, the information display layer 140, the absorption and heating layer 120, and the first substrate 110 are all transparent in the visible light region, so that the background behind can be seen with the naked eye. Let it happen.
상기 근적외선 레이저(대략 1064nm)는 제 2 기판(130)의 외측에서 조사하면 제 2 기판(130)과 정보 표시층(140)을 투과하여 흡수 발열층(120)에 도달될 수 있다. 상기 근적외선 레이저는 레이저 빔의 초점이 흡수 발열층(120)에 위치하도록 조사될 수 있다. 상기 흡수 발열층(120)은 근적외선 레이저가 조사되는 영역에서 근적외선 레이저를 흡수하여 열을 발산할 수 있다.When the near-infrared laser (approximately 1064 nm) is irradiated from the outside of the second substrate 130, it can penetrate the second substrate 130 and the information display layer 140 and reach the absorption heating layer 120. The near-infrared laser may be irradiated so that the focus of the laser beam is located on the absorption heating layer 120. The absorption heating layer 120 may emit heat by absorbing the near-infrared laser in the area where the near-infrared laser is irradiated.
상기 정보 표시층(140)은 흡수 발열층(120)과 접하여 위치하므로 흡수 발열층(120)에서 발산되는 열을 전달받을 수 있다. 상기 정보 표시층(140)은 crosslinked pNIPAM으로 형성되며, 도 3에서 보는 바와 같이, 흡수 발열층(120)에서 전도되는 열에 의하여 투명(transparent) 상태에서 불투명(opaque) 상태로 전환될 수 있다. 상기 정보 표시층(140)은 자체 온도가 하부 임계 공용 온도(lower critical solution temperature: LCST)보다 낮은 경우에 투명 상태를 유지할 수 있다. 상기 정보 표시층(140)은 하부 임계 공용 온도에 도달하면 물을 흡수하고 있는 하이드로겔 상태인 crosslinked pNIPAM의 상(phase) 전이가 유도될 수 있다. 따라서, 상기 정보 표시층(140)은 근적외선 레이저가 조사되는 영역만 선택적으로 불투명한 하얀색으로 변환될 수 있다.Since the information display layer 140 is located in contact with the absorption and heating layer 120, it can receive heat emitted from the absorption and heating layer 120. The information display layer 140 is formed of crosslinked pNIPAM, and as shown in FIG. 3, it can be converted from a transparent state to an opaque state by heat conducted from the absorption and heating layer 120. The information display layer 140 may maintain a transparent state when its own temperature is lower than the lower critical solution temperature (LCST). When the information display layer 140 reaches the lower critical common temperature, a phase transition of crosslinked pNIPAM, which is in a hydrogel state absorbing water, may be induced. Accordingly, the information display layer 140 can be selectively converted to an opaque white color only in the area where the near-infrared laser is irradiated.
상기 정보 표시층(140)의 crosslinked pNIPAM는, 도 3에서 보는 바와 같이, pNIPAM의 하부 임계 공용 온도인 30 ~ 32℃를 기준으로, 투명 또는 불투명하게 변화할 수 있다. 상기 pNIPAM은 대표적인 열민감 폴리머(thermosensitive polymer)이며, 대략 32℃의 하부 임계 공용 온도에서 폴리머 체인(polymer chains)의 친수성 특성이 변화되는 과정을 거쳐, 부푼 코일(swollen coil) 형태에서 구형 (globular) 형태로 변화할 수 있다. 즉, 상기 crosslinked pNIPAM은 가역적인 코일-구형 변환이 나타날 수 있다. 상기 pNIPAM은 친수성 부분(hydrophilic segment)인 acrylamide groups과 소수성 부분(hydrophobic segments)인 main chain and isopropyl groups을 모두 가지고 있는 양친매성 (amphiphilic) 고분자다. 상기 pNIPAM 수용액은 하부 임계 공용 온도에서 용매로 작용하는 물(bulk water)과 pNIPAM과 결합된 물을 포함한 하이드로겔 형태일 수 있다. 상기 crosslinked pNIPAM과 결합된 물은 pNIPAM의 친수성 부분인 C=O or N-H functions과 수소 결합을 하여 pNIPAM이 코일과 같은(coil-like) 형태로 부풀어 질 수 있다. 이때, 상기 crosslinked pNIPAM은 용매인 물의 양과 대비 매우 소량일 뿐 만 아니라, 물에 수화(hydration)되어 있어 가시광 영역에서 투명하게 용해되어 있다. 반면, 상기 crosslinked pNIPAM은 하부 임계 공용 온도 이상의 온도에서는 수소 결합하고 있던 물 분자가 부분적으로 탈수되면서, C-H, C=O와 N-H bonds의 "inter- 와 intra-chain 수소 결합"으로 인해 "소수성 부분의 응집 현상"이 발생한다. 따라서, 상기 crosslinked pNIPAM는 응집된 구형 형태로 변화되면서 가시광선을 차단 및 산란시켜 시각적으로 불투명한 하얀색으로 보이게 된다. 상기 정보 표시층(140)은 하얀색으로 바뀌는 영역에 의하여 정보를 표시할 수 있다.As shown in FIG. 3, the crosslinked pNIPAM of the information display layer 140 may change to be transparent or opaque based on 30 to 32°C, which is the lower critical common temperature of pNIPAM. The pNIPAM is a representative thermosensitive polymer, and undergoes a process in which the hydrophilic properties of the polymer chains change at a lower critical temperature of approximately 32°C, changing from a swollen coil to a globular shape. It can change shape. In other words, the crosslinked pNIPAM can exhibit a reversible coil-to-spherical transformation. The pNIPAM is an amphiphilic polymer that has both acrylamide groups as hydrophilic segments and main chain and isopropyl groups as hydrophobic segments. The pNIPAM aqueous solution may be in the form of a hydrogel containing water (bulk water) acting as a solvent at a lower critical common temperature and water bound to pNIPAM. The water bound to the crosslinked pNIPAM forms a hydrogen bond with the C=O or N-H functions of the hydrophilic part of pNIPAM, allowing pNIPAM to swell into a coil-like shape. At this time, not only is the crosslinked pNIPAM in a very small amount compared to the amount of water as a solvent, but it is also hydrated in water and is transparently dissolved in the visible light region. On the other hand, in the crosslinked pNIPAM, at temperatures above the lower critical common temperature, the water molecules that were hydrogen bonded are partially dehydrated, and the "hydrophobic part" is formed due to "inter- and intra-chain hydrogen bonds" of C-H, C=O and N-H bonds. A “agglomeration phenomenon” occurs. Therefore, the crosslinked pNIPAM changes into an aggregated spherical shape, blocks and scatters visible light, and appears visually opaque white. The information display layer 140 can display information by an area that turns white.
상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 표시하고자 하는 정보의 형태에 따라 근적외선 레이저를 조사하여 정보를 표시할 수 있다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이(100)는 글자, 도형 또는 이미지를 표시할 수 있다.The smart window display 100 can display information by irradiating near-infrared laser depending on the type of information to be displayed. The smart window display 100 can display letters, shapes, or images.
다음은 본 발명의 스마트 윈도우 디스플레이에 대한 보다 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.Next, a more specific embodiment of the smart window display of the present invention will be described.
도 4는 실시예의 스마트 윈도우 디스플레이의 구성도이다. 도 5는 흡수 발열층(각각 CR20, CR70, CR90) 및 PEN 필름의 조사되는 광의 파장에 따른 광투과율과 광흡수율을 나타내는 그래프이다. 도 6은 흡수 발열층(각각 CR20, CR70 및 CR90)에 대한 근적외선(1064nm) 조사 시간에 따른 발열 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7은 스마트 윈도우 디스플레이에 근적외선이 조사될 때 조사 시간에 따른 정보 표시층의 측면 사진이다. 도 8은 흡수 발열층으로 각각 CR70 또는 CR20으로 제작한 스마트 윈도우 디스플레이의 사진이다. 도 9는 정보 표시층을 구성하는 일 실시예인 crosslinked pNIPAM을 합성하기 위한 반응 메커니즘에 대한 모식도이다. 도 10은 crosslinked pNIPAM과 CR70으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 온도에 따른 가시광선 영역의 광투과율 변화 그래프이다. 도 11은 crosslinked pNIPAM과 CR20으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 온도에 따른 가시광선 영역의 광투과율 변화 그래프이다. 도 12는 레이저 조사시에 crosslinked pNIPAM과 CR70으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층의 두께에 따른 라인 패턴에 대한 가시광 및 적외선 카메라 이미지이다. 도 13은 도 12의 스마트 윈도우 디스플레이에서 레이저 조사시에 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 실제 기판 온도를 나타내는 그래프이다. 도 14는 도 12의 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저를 조사시 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 라인 패턴 이미지의 밝기 그래프이다. 도 15는 crosslinked pNIPAM과 CR20으로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 라인 패턴에 대한 가시광 및 적외선 카메라 이미지이다. 도 16은 도 15의 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사 시 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 실제 기판 온도를 나타내는 그래프이다. 도 17는 도 15의 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사시 스마트 윈도우 디스플레이의 정보 표시층 두께에 따른 라인 패턴 이미지의 밝기 그래프이다. 도 18은 정보 표시층 두께가 다르게 제작된 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사 회수에 따라 형성되는 라인 패턴 사진과 라인 패턴 이미지 밝기 그래프이다. 도 19는 스마트 윈도우 디스플레이에서 근적외선 레이저 조사 시간과 휴지기 시간을 변화시키면서 형성시킨 라인 패턴 이미지의 온도 균일도 및 패턴 밝기 그래프이다. 도 20은 (a)-(c)는 평면 형태의 스마트 윈도우 디스플레이의 구동 모식도와 2가지 타입의 근적외선 흡수 발광층을 사용하여 제작한 스마트 윈도우 디스플레이에 형성된 다양한 흰색 도형 및 글자 이미지들이며. (d)-(f)는 곡면 형태의 스마트 윈도우 디스플레이의 구동 모식도와 2가지 타입의 근적외선 흡수 발광층을 사용하여 제작한 스마트 윈도우 디스플레이에 형성된 다양한 흰색 도형 및 글자 이미지들이며, (g)-(i)는 근적외선 레이저 및 프로젝터를 동시에 조사함으로써 윈도우 디스플레이에 칼라 형상의 이미지를 형성할 수 있는 방법을 보여주는 모식도와 윈도우 디스플레이에 형성된 다양한 칼라의 프로젝션 이미지들이다.Figure 4 is a configuration diagram of a smart window display according to an embodiment. Figure 5 is a graph showing the light transmittance and light absorption rate of the absorption heating layer (CR20, CR70, and CR90, respectively) and the PEN film according to the wavelength of the irradiated light. Figure 6 is a graph showing the heat generation characteristics according to the irradiation time of near-infrared rays (1064 nm) for the absorption heat-generating layers (CR20, CR70, and CR90, respectively). Figure 7 is a side photo of the information display layer according to irradiation time when near-infrared rays are irradiated to a smart window display. Figure 8 is a photo of a smart window display made of CR70 or CR20 as the absorption heating layer, respectively. Figure 9 is a schematic diagram of the reaction mechanism for synthesizing crosslinked pNIPAM, which is an example of forming an information display layer. Figure 10 is a graph of the change in light transmittance in the visible light region according to temperature of a smart window display formed of crosslinked pNIPAM and CR70. Figure 11 is a graph of the change in light transmittance in the visible light region according to temperature of a smart window display formed of crosslinked pNIPAM and CR20. Figure 12 shows visible and infrared camera images of line patterns according to the thickness of the information display layer of a smart window display formed of crosslinked pNIPAM and CR70 upon laser irradiation. FIG. 13 is a graph showing the actual substrate temperature according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 12 when laser is irradiated. FIG. 14 is a graph of the brightness of a line pattern image according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 12 when a near-infrared laser is irradiated. Figure 15 is a visible light and infrared camera image of a line pattern according to the thickness of the information display layer of a smart window display formed with crosslinked pNIPAM and CR20. FIG. 16 is a graph showing the actual substrate temperature according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 15 when irradiating a near-infrared laser. FIG. 17 is a graph of the brightness of a line pattern image according to the thickness of the information display layer of the smart window display of FIG. 15 when irradiating a near-infrared laser. Figure 18 is a line pattern photograph and a line pattern image brightness graph formed according to the number of near-infrared laser irradiation in a smart window display manufactured with different information display layer thicknesses. Figure 19 is a graph of temperature uniformity and pattern brightness of a line pattern image formed by changing the near-infrared laser irradiation time and rest time in a smart window display. Figure 20 (a)-(c) is a schematic diagram of the operation of a flat smart window display and various white shapes and letter images formed on a smart window display manufactured using two types of near-infrared absorbing light-emitting layers. (d)-(f) are a schematic diagram of the operation of a curved smart window display and various white shapes and text images formed on a smart window display manufactured using two types of near-infrared absorbing light-emitting layers, (g)-(i) is a schematic diagram showing how to form a color image on a window display by simultaneously irradiating a near-infrared laser and a projector, and various colored projection images formed on the window display.
본 발명의 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 4에서 보는 바와 같이, 제 1 기판과 제 2 기판으로 PEN 수지 기판을 사용하였으며, 흡수 발열층으로 CR70과 CR20을 사용하였다. 한편, 비교예로 흡수 발열층이 CR90로 형성되는 스마트 윈도우 디스플레이에 대하여 비교 평가를 하였다. 상기 정보 표시층은 crosslinked pNIPAM으로 형성하였다. 여기서, 상기 CR70과 CR20 및 CR90은 3M사의 제품으로 적외선 차단을 위한 필름이다. 상기 CR70과 CR20은 적외선 또는/및 근적외선에 대한 흡수율이 96%이상이며, 가시광선에 대한 투과율이 20 ~ 70%인 필름이다. 또한, 상기 CR90은 적외선 또는/및 근적외선에 대한 흡수율이 95%이하이며, 가시광선에 대한 투과율이 72%이상인 필름이다.As shown in FIG. 4, the smart window display of the present invention used a PEN resin substrate as the first and second substrates, and CR70 and CR20 were used as the absorption heating layer. Meanwhile, as a comparative example, a comparative evaluation was conducted on a smart window display in which the absorption and heating layer is formed of CR90. The information display layer was formed with crosslinked pNIPAM. Here, CR70, CR20, and CR90 are products of 3M and are films for blocking infrared rays. The CR70 and CR20 are films that have an absorption rate of infrared and/or near-infrared rays of 96% or more and a transmittance of 20 to 70% of visible light. In addition, CR90 is a film that has an absorption rate of infrared and/or near-infrared rays of 95% or less and a transmittance of visible light of 72% or more.
상기 CR20과 CR70은, 도 5에서 보는 바와 같이 조사되는 광의 파장에서 따라 광투과율(a)과 광흡수율(b)이 변하게 되며, 근적외선 영역에서 광투과율이 낮으며, 광흡수율이 높은 것으로 확인된다. 또한, 상기 CR20과 CR70은 가시광선 영역에서 광흡수율이 낮은 것으로 확인된다. 따라서, 상기 CR20과 CR70은 흡수 발열층에서 필요한 특성을 구비하는 것으로 확인된다 다만, 상기 CR90은 근적외선 영역에서 광투과율은 낮으나, 광흡수율도 낮은 것으로 확인된다. 또한, 상기 CR90은 가시광선 영역에서도 광흡수율도 낮은 것으로 확인된다. 상기 CR90, CR70 및 CR20의 광투과율은 400 ~ 800nm영역에서 55.26 ~ 86.19%, 24.33 ~ 53.22%, 5.28 ~ 30.18%이었고, CR90, CR70 및 CR20의 광흡수율은 900 ~ 1100 nm영역에서 0.00 ~ 0.87%, 68.32 ~ 83.72%, 82.45 ~ 78.73%으로 확인되었다.As shown in FIG. 5, the light transmittance (a) and light absorption rate (b) of CR20 and CR70 change depending on the wavelength of the irradiated light, and it is confirmed that the light transmittance is low and the light absorption rate is high in the near-infrared region. Additionally, it was confirmed that CR20 and CR70 have low light absorption rates in the visible light region. Therefore, it is confirmed that CR20 and CR70 have the characteristics necessary for the absorption and heating layer. However, CR90 is confirmed to have low light transmittance in the near-infrared region, but also low light absorption rate. In addition, the CR90 was confirmed to have a low light absorption rate even in the visible light region. The light transmittance of CR90, CR70, and CR20 was 55.26 ~ 86.19%, 24.33 ~ 53.22%, and 5.28 ~ 30.18% in the 400 ~ 800 nm region, and the light absorption rate of CR90, CR70, and CR20 was 0.00 ~ 0.87% in the 900 ~ 1100 nm region. , 68.32 ~ 83.72%, 82.45 ~ 78.73%.
상기 CR90, CR70 및 CR20은, 도 6에서 보는 바와 같이, 광 조사 시간에 따라 온도 변화가 다르게 나타나고 있다. 상기 CR70 및 CR20은 근적외선의 조사 시간이 증가됨에 따라 온도가 상승하는 것으로 확인된다. 그러나, 상기 CR90은 근적외선의 조사 시간에 관계 없이 온도 변화가 없는 것으로 확인된다. 도 5는 CR90, CR70 및 CR20에 1064nm 파장의 레이저를 동그란 링 모양으로 조사한 후, 시간에 따라 레이저가 조사된 링 패턴 영역에서의 온도 변화를 측정한 결과이다. 상기 링 패턴의 직경은 15 mm였으며, 근적외선 레이저의 파워(power)와 속도(speed) 및 주기(repetition)은 각각 7.5kW, 2000mm/s, 20kHz였다. 상기 CR90, CR70 및 CR20의 1064nm 파장에 대한 광흡수율은 각각 0.56%, 82.20%, 79.06%로 측정되었으며, 근적외선 영역인 900-1100 nm 파장 영역에서 CR90은 90%이상의 반사율을 보였다. 상기 CR70 및 CR20의 발열 최대 온도가 95℃ 및 78℃인 반면, CR90은 발열이 되지 않았다. 또한, 도 5의 inset에서 보이는 적외선 이미지를 보면, CR70 및 CR20은 링 패턴 모양이 선명히 형성된 반면, CR90은 링 패턴 모양이 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 CR90은 가시광 투과율이 매우 좋으나 근적외선 흡수율이 낮은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 CR90은 CR20과 CR70와 대비하여 상대적으로 흡수 발열층에서 필요한 특성이 저하되는 것으로 확인된다. 따라서, 적외선 및 근적외선을 흡수 발열하는 소재가 포함된 흡수 발열층중 CR20과 CR70 및 CR90은 정보 표층에 사용된 crosslinked pNIPAM 소재의 상(phase) 전이를 야기시킬 수 있을 정도로 기판 온도를 변화시킬 수 있는 CR20과 CR70를 사용한 흡수 발열층을 사용하는게 적절하다.As shown in FIG. 6, the CR90, CR70, and CR20 show different temperature changes depending on the light irradiation time. It was confirmed that the temperature of CR70 and CR20 increased as the irradiation time of near-infrared rays increased. However, it was confirmed that the CR90 showed no temperature change regardless of the irradiation time of near-infrared rays. Figure 5 shows the results of measuring the temperature change in the ring pattern area irradiated with the laser over time after irradiating a laser with a wavelength of 1064 nm to CR90, CR70, and CR20 in a round ring shape. The diameter of the ring pattern was 15 mm, and the power, speed, and repetition of the near-infrared laser were 7.5 kW, 2000 mm/s, and 20 kHz, respectively. The light absorption rates of CR90, CR70, and CR20 at a wavelength of 1064 nm were measured to be 0.56%, 82.20%, and 79.06%, respectively, and CR90 showed a reflectance of over 90% in the 900-1100 nm wavelength region, which is the near-infrared region. While the maximum heat generation temperatures of CR70 and CR20 were 95°C and 78°C, CR90 did not generate heat. Additionally, looking at the infrared image shown in the inset of FIG. 5, it can be seen that the ring pattern shape is clearly formed in CR70 and CR20, while the ring pattern shape is not visible in CR90. Therefore, it can be seen that the CR90 has very good visible light transmittance but low near-infrared absorption. Therefore, it was confirmed that the characteristics required for the absorption and heating layer of CR90 were relatively reduced compared to CR20 and CR70. Therefore, among the absorption heating layers containing materials that absorb and generate heat by infrared and near-infrared rays, CR20, CR70, and CR90 can change the substrate temperature enough to cause a phase transition of the crosslinked pNIPAM material used in the information surface layer. It is appropriate to use an absorption heating layer using CR20 and CR70.
또한, 상기 PEN 필름은 전체 파장 영역에 대하여 광투과율이 높고 광흡수율이 낮은 것으로 확인된다. 따라서, 상기 PEN 필름은 스마트 윈도우 디스플레이에서 필요한 특성을 구비한 것으로 확인된다.In addition, the PEN film was confirmed to have high light transmittance and low light absorption over the entire wavelength range. Therefore, it was confirmed that the PEN film has the properties necessary for smart window displays.
상기 스마트 윈도우 디스플레이는 도 4에서 보는 바와 같이, PEN 필름으로 형성되는 제 1 기판과 제 2 기판의 사이에 crosslinked pNIPAM으로 형성되는 정보 표시층과 흡수 발열층이 삽입된 샌드위치 구조로 형성되었다. 필요한 정보를 디스플레이하기 위하여 정보 패턴에 대응되도록 근적외선 레이저를 crosslinked pNIPAM이 형성된 방향쪽에서 조사를 하였다. 흡수 발열층(CR70 및 CR20)의 높은 1064 nm 파장 흡수율로 인해 급격히 상승된 열이 흡수 발열층과 직접적으로 접촉되어 있는 정보 표시층에 빠르게 전달되었다. 정보 표시층과 흡수 발열층의 이중 구조에서 정보 표시층이 위치한 방향쪽으로 근적외선 레이저를 조사한 이유는 근적외선 레이저가 조사된 흡수 발열층의 표면에서 열이 발생되어 정보 표시층으로 열이 빠르게 전달시킬 수 있기 때문이다. 흡수 발열층이 위치한 방향쪽에서 근적외선 레이저를 조사시키면 흡수 발열층을 형성하는 유기물 다층 구조로 인해 흡수 발열층의 표면에서 발생한 열이 반대쪽에 위치한 정보 표시층까지 열을 효율적으로 전달하지 못할 수 있다.As shown in FIG. 4, the smart window display was formed in a sandwich structure in which an information display layer and an absorption heating layer formed of crosslinked pNIPAM were inserted between a first substrate and a second substrate formed of a PEN film. In order to display the necessary information, a near-infrared laser was irradiated in the direction where the crosslinked pNIPAM was formed to correspond to the information pattern. Due to the high 1064 nm wavelength absorption of the absorption and heating layers (CR70 and CR20), the rapidly increased heat was quickly transferred to the information display layer in direct contact with the absorption and heating layers. The reason why the near-infrared laser is irradiated in the direction where the information display layer is located in the dual structure of the information display layer and the absorption heating layer is because heat is generated on the surface of the absorption heating layer to which the near-infrared laser is irradiated and the heat can be quickly transferred to the information display layer. Because. When a near-infrared laser is irradiated from the direction where the absorption heating layer is located, the heat generated on the surface of the absorption heating layer may not be efficiently transferred to the information display layer located on the opposite side due to the organic multilayer structure that forms the absorption heating layer.
상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 7에서 보는 바와 같이, 근적외선 레이저가 조사된 영역에 존재하는 crosslinked pNIPAM의 온도가 상승되면서 입체 구조 전이(conformational transition) 현상이 발생된다. 상기 정보 표시층은 근적외선 레이저를 조사하고 ~1초가 지난 시점부터 crosslinked pNIPAM의 입체 구조 전이가 일어나며 가시적으로 하얗게 변하는 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 정보 표시층은 이후에 근적외선 레이저의 조사를 중단한 후에 하얀 패턴이 사라지면서 다시 투명하게 되는 것을 확인할 수 있다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 8에서 보는 바와 같이, 흡수 발열층이 각각 CR70 또는 CR20으로 형성되는 경우에 모두 뒤에 위치한 배경의 글자들이 선명히 인식되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7, in the smart window display, a conformational transition phenomenon occurs as the temperature of the crosslinked pNIPAM present in the area irradiated with the near-infrared laser increases. It can be seen that the three-dimensional structure transition of the crosslinked pNIPAM occurs in the information display layer ~1 second after irradiation with the near-infrared laser, and a pattern that visibly turns white is formed. In addition, it can be seen that the information display layer becomes transparent again with the white pattern disappearing after the irradiation of the near-infrared laser is stopped. As shown in FIG. 8, in the smart window display, it can be seen that when the absorption and heating layers are formed of CR70 or CR20, the letters in the background located behind are clearly recognized.
상기 정보 표시층을 형성하는 crosslinked pNIPAM은, 도 9에서 보는 바와 같이, 물과 함께 순차적으로 투입되는 NIPAM와 BIS, TEMED 및 APS들의 반응에 의하여 형성될 수 있다. 상기 crosslinked pNIPAM은 반응 과정에서 가교제 첨가를 통해 열감응성을 높일 수 있으며, 가교 반응의 비율이 증가할수록 가열/냉각 싸이클동안 하부 임계 공용 온도의 히스테리시스(hysteresis)가 감소할 수 있다. 상기 pNIPAM은 가교반응 없이 자유 라디칼 중합으로 합성한 pNIPAM 만으로도 하부 임계 공용 온도인 32℃에서 입체 구조 전이가 나타나는 것으로 확인된다. 다만, 가열/냉각 싸이클동안 하부 임계 공용 온도에서 crosslinked pNIPAM의 전이가 가교제를 첨가하지 않은 pNIPAM 보다 더 균일해질 수 있다.As shown in FIG. 9, crosslinked pNIPAM forming the information display layer can be formed by the reaction of NIPAM, BIS, TEMED, and APS, which are sequentially added with water. The crosslinked pNIPAM can increase thermal sensitivity through the addition of a crosslinking agent during the reaction process, and as the rate of crosslinking reaction increases, the hysteresis of the lower critical common temperature during heating/cooling cycles can decrease. The pNIPAM was confirmed to undergo a three-dimensional structural transition at 32°C, which is the lower critical common temperature, just by pNIPAM synthesized through free radical polymerization without a cross-linking reaction. However, at the lower critical common temperature during heating/cooling cycles, the transition of crosslinked pNIPAM may be more uniform than that of pNIPAM without the addition of a crosslinker.
따라서, 상기 crosslinked pNIPAM은 열감응성을 최대로 높이기 위해 모노머인 N-isopropylacrylamide(NIPAM)의 10mol%에 해당하는 가교제를 첨가하여 하부 임계 공용 온도가 32℃로 되도록 하였다. 상기 가교제의 비율이 너무 높으면 자체 투명도도 감소할 뿐만 아니라 큰 분자량에 의해 코일-구형 전이(coil-to-global transition)가 느려져, 결과적으로는 열감응성이 감소할 수 있다.Therefore, in order to maximize the thermal sensitivity of the crosslinked pNIPAM, a crosslinking agent equivalent to 10 mol% of the monomer N-isopropylacrylamide (NIPAM) was added to set the lower critical common temperature to 32°C. If the ratio of the cross-linking agent is too high, not only does its own transparency decrease, but the coil-to-global transition is slowed due to the large molecular weight, which can eventually reduce thermal sensitivity.
상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 10에서 보는 바와 같이, 하이드로겔 상태의 crosslinked pNIPAM과 CR70으로 형성되는 경우 온도가 23.3℃에서 31.4℃로 증가함에 따라 400 ~ 800nm의 가시광 영역에서의 투과율이 27.87 ~ 50.81%에서 0.73 ~ 15.30%로 낮아졌다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 11에서 보는 바와 같이, crosslinked pNIPAM과 CR20으로 형성되는 경우에 온도가 25.7℃에서 30.2℃로 증가함에 따라 400 ~ 800 nm의 가시광 영역에서의 투과율이 4.56 ~ 29.75%에서 0.02-0.63%로 낮아졌다 따라서, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는 CR70과 CR20의 근적외선 레이저 흡수율 및 흡수에 따른 발열 특성으로 인해 온도에 따른 crosslinked pNIPAM의 투과도 변화율에는 차이가 발생한다. 다만, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는 투과도 변화율에 차이가 발생하더라도 crosslinked pNIPAM의 분자 사슬이 응집되고 시각적으로 하얗게 보이게 되는 현상이 동일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 10, when the smart window display is formed of crosslinked pNIPAM and CR70 in a hydrogel state, the transmittance in the visible light range of 400 to 800 nm increases from 27.87 to 50.81% as the temperature increases from 23.3 ℃ to 31.4 ℃. It was lowered from 0.73 to 15.30%. In addition, as shown in FIG. 11, when the smart window display is formed of crosslinked pNIPAM and CR20, the transmittance in the visible light range of 400 to 800 nm increases from 4.56 to 29.75% as the temperature increases from 25.7 ℃ to 30.2 ℃. was lowered to 0.02- 0.63%. Therefore, in the smart window display, there is a difference in the rate of change in transmittance of crosslinked pNIPAM depending on temperature due to the near-infrared laser absorption rate of CR70 and CR20 and the heat generation characteristics due to absorption. However, it can be seen that the smart window display shows the same phenomenon in which the molecular chains of crosslinked pNIPAM are aggregated and visually appear white even if there is a difference in the rate of change in transmittance.
다음은 본 발명의 스마트 윈도우 디스플레이에서 정보 표시층의 두께에 따른 평가 결과를 설명한다.The following describes evaluation results according to the thickness of the information display layer in the smart window display of the present invention.
상기 정보 표시층은 각각 340μm (NTD-1), 420μm (NTD-2), 610μm (NTD-3), 730μm (NTD-4)로 형성하였다. 상기 정보 표시층은 하이드로겔 상태의 crosslinked pNIPAM으로 제조하였다. 또한, 상기 흡수 발열층은 CR70과 CR20으로 각각 형성하였다. 본 평가에서는 근적외선 레이저를 조사한지 30초되는 시점에서 이미지를 촬영하였다. 이하에서 도 12 내지 도 14는 흡수 발열층이 CR70으로 형성된 스마트 윈도우 디스플레이에 대한 결과이다. 또한, 도 15내지 도 17은 흡수 발열층이 CR20으로 형성된 스마트 윈도우 디스플레이에 대한 결과이다.The information display layer was formed to be 340μm (NTD-1), 420μm (NTD-2), 610μm (NTD-3), and 730μm (NTD-4), respectively. The information display layer was manufactured from crosslinked pNIPAM in a hydrogel state. In addition, the absorption heating layer was formed of CR70 and CR20, respectively. In this evaluation, images were taken 30 seconds after irradiation with the near-infrared laser. 12 to 14 below show results for a smart window display in which the absorption and heat generation layer is formed of CR70. Additionally, Figures 15 to 17 show results for a smart window display in which the absorption and heating layer is formed of CR20.
상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 12에서 보는 바와 같이, 근적외선 레이저가 조사되는 영역의 온도가 증가하여 라인 패턴(대략 폭: 4mm, 길이 20mm)이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 13에서 보는 바와 같이, 별표가 표시된 지점에서의 온도가 각각 56.93℃(NTD-1), 47.92℃(NTD-2), 44.11℃(NTD-3), 41.26℃(NTD-4)로 측정되었다.As shown in FIG. 12, in the smart window display, it can be seen that the temperature of the area to which the near-infrared laser is irradiated increases, forming a line pattern (approximately width: 4 mm, length 20 mm). In addition, as shown in FIG. 13, the smart window display has temperatures at points marked with asterisks of 56.93°C (NTD-1), 47.92°C (NTD-2), 44.11°C (NTD-3), and 41.26°C, respectively. It was measured as (NTD-4).
상기 crosslinked pNIPAM로 형성되는 정보 표시층은 두께가 두꺼워질수록 근적외선 레이저가 조사된 영역에서 발생하는 온도가 낮아짐을 알 수 있다. 상기 정보 표시층의 조사 영역이 온도가 낮아지는 것은 하이드로겔 형태의 crosslinked pNIPAM에 포함되어 있는 물의 량과 관련이 있다. 즉, 상기 하이드로겔 형태의 crosslinked pNIPAM은 두께가 두꺼운 경우에 물의 량이 두께가 얇은 경우에 포함되는 물의 량보다 많기 때문에 발열 온도가 낮은 것으로 판단된다.It can be seen that as the thickness of the information display layer formed of the crosslinked pNIPAM increases, the temperature generated in the area irradiated with the near-infrared laser decreases. The decrease in temperature of the irradiated area of the information display layer is related to the amount of water contained in the hydrogel-type crosslinked pNIPAM. That is, the crosslinked pNIPAM in the hydrogel form is judged to have a low exothermic temperature because the amount of water contained in the thick case is greater than the amount of water contained in the thin case.
또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 14에서 보는 바와 같이, 근적외선 레이저가 조사된 후 30초가 되는 시점에서의 라인 패턴 이미지의 밝기는 148.81 (NTD-1), 144.04 (NTD-2), 152.86 (NTD-3), 130.42 (NTD-4) cd/m2로 측정되었다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이는 NTD-1와 NTD-2와 NTD-3의 경우는 ±2.7% 편차로 비슷한 라인 패턴 이미지 밝기를 보였다. 다만, 레이저 조사가 멈춘 후 시각적으로 인식되는 라인 패턴 이미지가 완전히 사라지는 시점의 경우를 보면, NTD-1은 30초가 지나도 완전히 사라지지 않았으며, NTD-2와 NTD-3와 NTD-4에서 패턴이 사라지기까지의 소요 시간(relaxation time)은 대략 23초였다. 그 이유는 측정된 온도는 41.26 ~ 56.93℃으로서, 하부 임계 공용 온도인 30 ~ 32℃에 비해 높기 때문에 하부 임계 공용 온도이하의 온도로 떨어지는데 오래걸리는 것으로 판단된다.In addition, as shown in FIG. 14, the brightness of the line pattern image of the smart window display at 30 seconds after the near-infrared laser is irradiated is 148.81 (NTD-1), 144.04 (NTD-2), and 152.86 (NTD). -3), was measured at 130.42 (NTD-4) cd/m2 . The smart window display showed similar line pattern image brightness with a deviation of ±2.7% for NTD-1, NTD-2, and NTD-3. However, looking at the point at which the visually recognized line pattern image completely disappears after the laser irradiation stops, NTD-1 did not completely disappear even after 30 seconds, and the pattern disappeared in NTD-2, NTD-3, and NTD-4. The relaxation time until it disappeared was approximately 23 seconds. The reason is that the measured temperature is 41.26 ~ 56.93℃, which is higher than the lower critical common temperature of 30 ~ 32℃, so it is believed that it takes a long time to fall below the lower critical common temperature.
상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 15에서 보는 바와 같이, 근적외선 레이저가 조사되는 영역의 온도가 증가하여 라인 패턴(대략 폭: 4mm, 길이 20mm)이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 16에서 보는 바와 같이, 별표가 표시된 지점에서의 온도가 각각 51.94℃(NTD-1), 43.26℃(NTD-2), 37.54℃(NTD-3), 34.07℃(NTD-4)로 측정되었다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 도 17에서 보는 바와 같이, 근적외선 레이저가 조사된 후 30초가 되는 시점에서의 라인 패턴 이미지의 밝기는 66.63 (NTD-1), 83.16 (NTD-2), 89.48 (NTD-3), 64.07 (NTD-4) cd/m2로 측정되었다. 상기 crosslinked pNIPAM의 두께가 610μm인 NTD-3에서 가장 밝은 밝기를 보였다. 그 이유는 레이저 조사된 후 30초가 되는 시점에서 NTD-1 및 NTD-2의 온도가 각각 51.94℃ 및 43.26℃까지 상승하여 crosslinked pNIPAM이 갈라지는 현상을 발생시켜 패턴이 명확히 형성되지 않기 때문이다. 반면 NTD-3 및 NTD-4의 온도는 각각 37.54℃ 및 34.07℃로 비교적 낮은 온도로, 안정적으로 입체 구조 전이(conformational transition)가 가능하기 때문에 패턴이 명확히 형성되었다. 다만, NTD-3의 측정 온도가 NTD-4에 비해 높게 나오는 것은 crosslinked pNIPAM에 포함된 물의 양이 적어 열이 더 잘 전달되기 때문이다. 결과적으로 더 많은 입체 구조 전이가 발생하고 crosslinked pNIPAM의 갈라지는 현상이 발생하지 않는 NTD-3에서 가장 밝은 하얀색을 띄게 되었다.As shown in FIG. 15, in the smart window display, it can be seen that the temperature of the area where the near-infrared laser is irradiated increases, forming a line pattern (approximately width: 4 mm, length 20 mm). In addition, as shown in FIG. 16, the smart window display has temperatures at points marked with asterisks of 51.94°C (NTD-1), 43.26°C (NTD-2), 37.54°C (NTD-3), and 34.07°C, respectively. It was measured as (NTD-4). In addition, as shown in FIG. 17, the brightness of the line pattern image of the smart window display at 30 seconds after the near-infrared laser is irradiated is 66.63 (NTD-1), 83.16 (NTD-2), and 89.48 (NTD). -3), was measured at 64.07 (NTD-4) cd/m2 . The crosslinked pNIPAM showed the brightest brightness in NTD-3, which had a thickness of 610 μm. This is because the temperature of NTD-1 and NTD-2 rises to 51.94°C and 43.26°C, respectively, at 30 seconds after laser irradiation, causing the crosslinked pNIPAM to split, and the pattern is not clearly formed. On the other hand, the temperatures of NTD-3 and NTD-4 were relatively low at 37.54°C and 34.07°C, respectively, and the pattern was clearly formed because a stable conformational transition was possible. However, the reason that the measured temperature of NTD-3 is higher than that of NTD-4 is because the amount of water contained in the crosslinked pNIPAM is small and heat is transmitted better. As a result, NTD-3, in which more conformational transitions occurred and no splitting of the crosslinked pNIPAM occurred, became the brightest white color.
또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이에서 한 개의 영역에 레이저 조사가 누적되어도 crosslinked pNIPAM의 패턴이 정상적으로 형성되는지를 확인하기 위해 3가지 다른 두께들 (NTD-1, NTD-2, NTD-3)을 가진 crosslinked pNIPAM으로 구성된 스마트 윈도우 디스플레이 소자들에 선패턴 형태로 레이저를 조사하면서 선 패턴 모양을 관찰하였다, 상기 근적외선 레이저는 첫번째 조사후 30초 후에 두번째 레이저를 조사하였다. 도 18의 (a)에서 보는 바와 같이 NTD-1에서 첫 번째 하얀색 라인 패턴의 중심부에 하얀색으로 변하지 않는 어두운 영역이 생기고, 두번째 하얀색 라인 패턴에서는 어두운 영역이 더 넓게 형성되는 것을 볼 수 있다. 이는 crosslinked pNIPAM에 열이 누적되면서 균열이 생기기 현상이 발생하기 때문이다. 도 18의 (b)에서 보는 바와 같이 NTD-2에서 첫번째에서는 하얀색 라인 패턴에 균열이 없어 보이지만, 두번째부터 하얀색 라인패턴 중심에 어두운 색으로 보이는 균열이 발생하였다. 이와 같이 crosslinked pNIPAM에 균열이 발생하는 이유는 레이저 반복 조사에 의해 누적된 열로 인해 crosslinked pNIPAM에 순간적인 갈라지는 현상이 발생하기 때문이다. 한편, 온도를 낮춘 후에 다시 하부 임계 공용 온도이상으로 상승시키면 crosslinked pNIPAM이 다시 하얗게 변하게 되며 crosslinked pNIPAM에 영구적인 손상이 발생한 것은 아니라고 판단된다. 또한, 도 18의 (c)에서 보는 바와 같이 NTD-3에서 첫번째 및 두번째 라인 모두 균일한 밝기를 보였다. 이는 crosslinked pNIPAM의 두께가 얇아짐에 따라 crosslinked pNIPAM에 열이 축적되기 전에 빠르게 방출되기 때문이다. NTD-4의 경우도 NTD-3과 같이 균일한 라인을 형성시킬 수 있었다. 다만, 라인의 밝기 측면에서 NTD-3이 NTD-4보다 높기 때문에, 반복적인 레이저 조사에도 안정적인 발광특성 및 높은 밝기 특성을 보이는 NTD-3가 정보제공 능동형 윈도우 디스플레이 소자로 제일 적합하였다.In addition, to check whether the pattern of crosslinked pNIPAM is normally formed even when laser irradiation is accumulated in one area of the smart window display, crosslinked pNIPAM with three different thicknesses (NTD-1, NTD-2, NTD-3) The shape of the line pattern was observed while irradiating a laser in the form of a line pattern to smart window display elements consisting of. The near-infrared laser irradiated a second laser 30 seconds after the first irradiation. As shown in (a) of FIG. 18, a dark area that does not turn white appears in the center of the first white line pattern in NTD-1, and the dark area is formed wider in the second white line pattern. This is because heat accumulates in the crosslinked pNIPAM, causing cracks to form. As shown in (b) of Figure 18, in NTD-2, there appears to be no crack in the white line pattern in the first case, but a dark crack appears in the center of the white line pattern in the second case. The reason why cracks occur in crosslinked pNIPAM like this is because the heat accumulated due to repeated laser irradiation causes instantaneous cracking in crosslinked pNIPAM. On the other hand, if the temperature is lowered and then raised again above the lower critical common temperature, the crosslinked pNIPAM turns white again, and it is judged that no permanent damage has occurred to the crosslinked pNIPAM. Additionally, as shown in Figure 18 (c), both the first and second lines in NTD-3 showed uniform brightness. This is because as the thickness of the crosslinked pNIPAM becomes thinner, heat is quickly released before it accumulates in the crosslinked pNIPAM. In the case of NTD-4, it was possible to form a uniform line like NTD-3. However, since NTD-3 is higher than NTD-4 in terms of line brightness, NTD-3, which shows stable luminescence characteristics and high brightness characteristics even under repeated laser irradiation, was most suitable as an information-providing active window display device.
또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이에서 이미지 패턴들이 안정적으로 turn-on, turn-off되는 특성을 평가하였다. 따라서, 상기 스마트 윈도우 디스플레이에서 crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR20를 적용한 윈도우 디스플레이를 이용하여 "라인 패턴이 형성되어 가시적으로 명확히 보이는 시간 (timage-on)" 및 "라인 패턴이 완전히 사라지는 시간 (timage-off)"을 변경해 가면서 안정적인 패턴 이미지가 형성되는지를 확인하였다, 도 19에서 보는 바와 같이 패턴은 20mm의 직선형이며, 근적외선 레이저의 파워, 속도, 반복 주기는 7.5kW, 2000mm/s, 20kHz였다. 평가에서 사람의 눈으로 하얀색 패턴 이미지를 명확히 확인하기 위해서는 최소 5초 이상의 레이저 조사가 필요하였다. "timage-on"을 5초로 고정하고, "timage-off "을 5초 또는 7초로 하였을 때는 패턴이 완전히 사라지기 전에 레이저가 다시 조사됨에 따라 열이 누적되면서 패턴 중첩 현상이 발생하였다. "timage-off"을 8초로 하였을 때는, 라인 패턴이 초기에는 안정적으로 보였지만, 시간이 지날수록 열이 누적되면서 패턴 중첩 현상이 발생하였다. 반면 "timage-on"을 5초로 하고, "timage-off"을 10초 이상으로 하였을 때부터는 해당 패턴영역이 충분히 식을 수 있는 시간을 제공할 수 있어 안정적인 온도 및 발광 패턴 형성이 가능하였다. 또한 "timage-on"을 10 초 및 20초로 늘리더라도 "timage-off"을 10초 이상으로 할 경우, 안정적으로 반복적인 온도 및 발광 패턴 형성이 가능함을 확인하였다. 이에 CR20 및 NTD-3을 적용한 윈도우 디스플레이의 경우, 안정적인 반복패턴을 형성하기 위해서는 최소 5초의 레이저 조사시간 및 최소 10초 이상의 휴식시간이 주어져야만 했다.In addition, the characteristics of stable turn-on and turn-off of image patterns in the smart window display were evaluated. Therefore, in the smart window display, using a window display applying crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR20, "the time when the line pattern is formed and clearly visible (timage-on )" and "the time when the line pattern completely disappears (t image-on)" timage-off )" was changed to confirm whether a stable pattern image was formed. As shown in Figure 19, the pattern is a straight line of 20 mm, and the power, speed, and repetition period of the near-infrared laser are 7.5 kW, 2000 mm/s, 20 kHz. It was. In the evaluation, laser irradiation of at least 5 seconds was required to clearly see the white pattern image with the human eye. When “timage-on ” was set to 5 seconds and “timage-off ” was set to 5 or 7 seconds, the laser was irradiated again before the pattern completely disappeared, causing heat to accumulate and pattern overlap. When "timage-off " was set to 8 seconds, the line pattern initially appeared stable, but as time passed, heat accumulated and pattern overlap occurred. On the other hand, when “timage-on ” was set to 5 seconds and “timage-off ” was set to 10 seconds or more, it was possible to provide time for the pattern area to cool down sufficiently, thereby forming a stable temperature and light emission pattern. . In addition, it was confirmed that even if “timage-on ” is increased to 10 seconds and 20 seconds, it is possible to form a stable and repetitive temperature and luminescence pattern when “timage-off ” is set to 10 seconds or more. Accordingly, in the case of window displays using CR20 and NTD-3, a laser irradiation time of at least 5 seconds and a rest time of at least 10 seconds had to be provided in order to form a stable repeating pattern.
또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이가 구동될 때 표시되는 정보에 대하여 확인하였다. 도 20의 (a)에서 보는 바와 같이 평면 형태를 가지는 스마트 윈도우 디스플레이는 Crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR20(b) 및 crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR70 (c) 구조를 가지며 50 Х 50 mm2 크기의 제작하였다. 도 20의 (d)에서 보는 바와 같이, 곡면(곡률반경 15 mm) 형태를 가지는 스마트 윈도우 디스플레이(d)는 Crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR20(e) 및 crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR70 (h) 구조를 가지며 50 Х 50 mm2 크기의 제작하였다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이는, 평면 또는 곡면 형태를 가지는 경우에 하얀색의 다양한 이미지(별, 태극, 천사날개, 글자))와 글자를 형성시킬 수 있었다. 또한, 상기 스마트 윈도우 디스플레이는 높은 투명도로 뒷 배경의 프린트 된 red, green, and blue 색으로 프린트된 "transparent" 글자가 명확하게 보였다. 상기 스마트 윈도우 디스플레이 구동을 위해 사용된 근적외선 레이저의 조사 조건 (power, speed, and repetition)은 10.5 kW, 2000 mm/s, and 20 kHz였다.Additionally, the information displayed when the smart window display is running was confirmed. As shown in (a) of Figure 20, the smart window display having a flat shape has a crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR20(b) and crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR70 (c) structure and has a 50 Х 50 mm Produced in2 sizes. As shown in Figure 20 (d), the smart window display (d) having a curved shape (curvature radius 15 mm) is crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR20(e) and crosslinked pNIPAM (NTD-3)/CR70. (h) It was manufactured with a structure of 50 Х 50 mm2 in size. The smart window display was able to form various white images (stars, Taegeuk, angel wings, letters) and letters when it had a flat or curved shape. Additionally, the smart window display had high transparency, so the “transparent” text printed in red, green, and blue colors on the background was clearly visible. The irradiation conditions (power, speed, and repetition) of the near-infrared laser used to drive the smart window display were 10.5 kW, 2000 mm/s, and 20 kHz.
또한, 도 20의 (g)에서 보는 바와 같이, 스마트 윈도우 디스플레이 표면에 넓은 면 발광을 시킨 후 프로젝터를 이용하여 표면에 다양한 칼라 이미지를 구현시킬 수 있었다. 또한, 도 20의 (h)와 (i)에서 보는 바와 같이, 스마트 윈도우 디스플레이의 중앙에 45 Х 30 mm2 크기의 불투명한 하얀색 면을 형성하고 그 위에 빔프로젝터를 이용하여 다양한 프로젝션 이미지들 (RGB 픽셀 패턴, 오렌지쥬스 그림과 글자, 사과 이미지)를 형성시킬 수 있었다.In addition, as shown in (g) of Figure 20, it was possible to create a wide area of light on the surface of the smart window display and then implement various color images on the surface using a projector. In addition, as shown in Figures 20 (h) and (i), an opaque white surface with a size of 45 Х 30 mm2 is formed in the center of the smart window display, and various projection images (RGB) are projected on it using a beam projector. It was possible to form pixel patterns, orange juice pictures and letters, and apple images).
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부So far, the present invention has been examined in detail, focusing on the preferred embodiments shown in the drawings. These embodiments are not intended to limit the invention but are merely illustrative and should be considered from an illustrative rather than a limiting perspective. The true technical protection scope of the present invention is not the foregoing description, but the attached
100: 스마트 윈도우 디스플레이
110: 제 1 기판120: 흡수 발열층
130: 제 2 기판140: 정보 표시층
150: 밀봉링100: Smart window display
110: first substrate 120: absorption heating layer
130: second substrate 140: information display layer
150: sealing ring
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