KR101636440B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치가 개시된다.
개시된 디스플레이 장치는 입사광을 투과시키는 투과 모드와 입사광의 칼라를 변화시키는 변색 모드를 선택적으로 구동가능한 칼라 전환층과, 시안 광, 마젠타 광 및 엘로우 광을 투과시키는 칼라 필터층을 포함하고, 칼라 전환층과 칼라 필터층의 칼라 조합에 의해 흑백과 칼라 표시를 할 수 있다.

Description

디스플레이 장치{Display device}
시안, 마젠타, 엘로우 칼라 필터를 이용하여 칼라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
반사형 표시 소자를 이용한 e-book 등의 연구 개발 및 상용화가 활발하게 진행되고 있다. 최근 상용화된 제품은 흑백 표시 방식을 채용하고 있는데, 앞으로는 칼라 표시 방식이 많이 사용될 것이다. 칼라 표시 방식에는 R(Red),G(Green),B(Blue) 칼라 필터가 많이 사용되는데 R,G,B 칼라 필터는 백색광 중 일부 광만이 화상을 형성하는데 기여하므로 광효율이 낮다.
한편, 칼라 필터를 사용하지 않고 백색에서 R,G,B 색표시로 전환이 가능한 전기 변색 소자를 이용하여 칼라 화상을 형성하는 연구도 진행되고 있다. 하지만, 이 경우 백색 반사도는 높은데 반해, 블랙 표현이 어렵고 색 표현 범위가 좁은 한계가 있다.
시안, 마젠타, 엘로우 칼라 필터를 이용하여 칼라 화상을 표시하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1전극층; 상기 제1전극층 위에 구비된 반사층; 상기 반사층 위에 구비된 것으로, 입사광을 투과시키거나 제1칼라광으로 전환하는 제1칼라셀, 입사광을 투과시키거나 제2칼라광으로 전환하는 제2칼라셀 및 입사광을 투과시키거나 제3칼라광으로 전환하는 제3칼라셀을 포함하는 칼라 전환층; 상기 칼라 전환층 위에 구비된 제2전극층; 및 상기 제2전극층 위에 구비된 것으로, 시안 광을 투과시키는 제1필터, 마젠타 광을 투과시키는 제2필터 및 엘로우 광을 투과시키는 제3필터를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1칼라광은 시안 광과 보색 관계를 가지며, 제2칼라광은 마젠타 광과 보색 관계를 가지며, 상기 제3칼라광은 엘로우 광과 보색 관계를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1칼라광은 적색광을 포함하고, 제2칼라광은 녹색광을 포함하고, 제3칼라광은 청색광을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1전극층과 제2전극층 중 적어도 하나는 투명한 전도성 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 전환층은 전기 변색층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 전환층은 이색성 염료가 혼합된 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 전환층은 적색, 녹색, 청색의 콜레스테릭 액정층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 전환층은 적색, 녹색, 청색, 백색 칼라볼을 포함하는 e-잉크층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제1칼라셀과 제1필터가 마주보고, 제2칼라셀과 제2필터가 마주보며, 제3칼라셀과 제3필터가 마주보게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 필터층은 입사광을 투과시키는 제4필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 전환층은 상기 제4필터에 마주보게 배치된 제4칼라셀을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제4칼라셀은 입사광을 투과시키거나 입사광을 블랙으로 전환할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 칼라 전환층은 전압 인가에 따라 각 칼라셀에서 입사광을 투과시키거나 변색시키는 것을 선택할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1전극층; 상기 제1전극층 위에 구비된 것으로, 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제1칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제1칼라셀, 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제2칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제2칼라셀 및 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제3칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제3칼라셀을 포함하는 칼라 전환층; 상기 칼라 전환층 위에 구비된 제2전극층; 및 상기 제2전극층 위에 구비된 것으로, 시안 광을 투과시키는 제1필터, 마젠타 광을 투과시키는 제2필터 및 엘로우 광을 투과시키는 제3필터를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 적색 필터를 사용하는 경우와 마젠타 필터를 사용하는 경우 투과 광의 파장에 따른 광 강도 분포를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7 내지 도 9는 도 6에 도시된 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 각 구성 요소의 크기나 두께는 설명의 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 디스플레이 장치는 복수 개의 픽셀이 메트릭스 형태로 배열될 수 있다. 도 1에서는 편의상 디스플레이 장치의 하나의 픽셀(1)을 도시한 것이다. 상기 픽셀(1)은 복수 개의 서브 픽셀을 포함할 수 있으며, 각 서브 픽셀에서의 칼라 광이 혼합되어 칼라 화상이 표시될 수 있다. 각 서브 픽셀은 서로 다른 칼라광을 표시할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니며 각 칼라광의 휘도나 효율 등을 고려하여 같은 칼라 광을 표시하는 서브 픽셀을 복수 개 구비하는 것도 가능하다. 상기 픽셀(1)은 예를 들어 제1서브 픽셀(1a), 제2서브 픽셀(1b), 제3서브 픽셀(1c)을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 디스플레이 장치는 제1전극층(10), 상기 제1전극층(10) 위에 구비된 칼라 전환층(25), 상기 칼라 전환층(25) 위에 구비된 제2전극층(30) 및 상기 제2전극층(30) 위에 구비된 칼라 필터층(35)을 포함할 수 있다. 상기 칼라 전환층(25)은 제1전극층(10)과 제2전극층(30) 사이에 구비되어 전압의 인가에 따라 입사광의 칼라를 변환시킬 수 있다. 상기 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 PM(Passive Matrix) 방식 또는 AM(Active Matrix) 방식으로 배열될 수 있다. PM 방식에서는, 상기 제1전극층(10)과 제2전극층(30)이 각각 스트라이프 형태로 배열되고, 서로 교차하도록 배열될 수 있다. AM 방식에서는 상기 제1전극층(10)이 공통 전극(common electrod)으로 형성되고, 제2 전극층(30)이 상기 서브 픽셀들(1a)(1b)(1c)에 대응되게 배열되는 화소 전극으로 형성될 수 있다. 또는, 이와 반대로 상기 제1전극층(10)이 화소 전극으로, 제2전극층(30)이 공통 전극으로 형성되는 것도 가능하다. 상기 제1전극층(10)과 제2전극층(30) 중 적어도 하나가 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다. 도 1에서는 광이 들어오는 제2전극층(30)이 투명 재질로 형성될 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니며, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)이 모두 투명 재질로 형성될 수 있다.
상기 칼라 전환층(25)의 각 서브 픽셀들 사이에는 혼색을 방지하기 위하여 격벽(22)들이 마련될 수 있다. 그리고, 상기 칼라 전환층(25)과 제1전극층(10) 사이에 반사층(15)이 구비될 수 있다. 상기 반사층(15)은 외부에서 들어온 광을 반사시켜 외부로 보내는 역할을 한다.
상기 칼라 필터층(35)은 소정 칼라광을 투과시키는 복수 개의 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 칼라 필터층(35)은 시안 광을 투과시키는 제1필터(35a), 마젠타 광을 투과시키는 제2필터(35b) 및 엘로우 광을 투과시키는 제3필터(35c)를 포함할 수 있다. 시안 필터, 마젠타 필터, 엘로우 필터를 포함하는 칼라 필터층(35)은 광 투과도가 높아 고반사도의 칼라 표현이 가능하다. 그리고, 상기 칼라 필터층(35)과 상기 칼라 전환층(25)과의 칼라 조합에 의해 블랙과 화이트 및 다양한 칼라의 표현을 할 수 있다.
상기 칼라 전환층(25)은 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 입사광을 소정의 칼라광으로 전환하는 변색 모드를 포함할 수 있다. 상기 칼라 전환층(25)은 전압 인가에 따라 각 칼라셀에서 투과 모드 또는 변색 모드를 선택할 수 있다. 상기 칼라 전환층(25)은 상기 칼라 필터층(35)과의 협동에 의해 칼라를 표시하며, 제1칼라셀(25a), 제2칼라셀(25b) 및 제3칼라셀(25c)을 포함할 수 있다. 상기 제1칼라셀(25a)은 입사광을 투과시키거나 제1칼라광으로 전환할 수 있다. 제2칼라셀(25b)은 입사광을 투과시키거나 제2칼라광으로 전환할 수 있다. 제3칼라셀(25c)은 입사광을 투과시키거나 제3칼라광으로 전환할 수 있다. 상기 제1칼라광은 상기 시안 광과 보색 관계를 가지며, 상기 제2칼라광은 마젠타 광과 보색 관계를 가지며, 제3칼라광은 엘로우 광과 보색 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1칼라광은 적색광이고, 제2칼라광은 녹색광이고, 제3칼라광은 청색광일 수 있다.
한편, 칼라 전환층(25)은 예를 들어, 전기 변색 소자(Electrochromic device)를 포함할 수 있다. 전기 변색 소자는 자연광의 흡수를 이용하여화상을 표시하기 때문에 눈의 피로가 적고, 시야각의 의존성이 적고, 메모리 특성이 있고, 소비전력이 적다.
상기 전기 변색 소자는 전압을 인가하였을 때 전계 방향에 따라 전기 변색 재료의 전기 화학적 변화에 의해 가역적으로 칼라가 변화한다. 예를 들어, 전기 변색 재료는 환원상태에서 칼라가 나타나고 산화상태에서 투명하게 되는 환원발색(cathodic coloration)재료를 포함할 수 있다. 전기변색 물질로는 무기 또는 유기 물질이 사용될 수 있다. 환원발색 재료는 예를 들어 WO3, MoO3, 또는 TiO3 와 같은 무기 물질 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 유기 물질로는 바이올로젠(viologen), 이소프탈레이트(Isophthalate) 등의 프탈레이트계 화합물(Isophthalate), 피리딘계 화합물, 앤트라퀴논계 화합물, 아미노퀴논계 화합물, 희토류계 유기 금속 화합물, 프탈로시아닌, 루테늄계 유기 금속 화합물, Leuco 염료계 화합물, 고분자계 전기 변색 물질 등이 있다.
또는, 전기 변색 재료는 환원상태에서 투명하게 되고, 산화상태에서 칼라가 나타나는 산화발색(anodic coloration) 재료를 포함할 수 있다. 산화발색 재료는 예를 들어 V2O5, IrO2, Nb2O5, NiO 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 유기 화합물로는 페토티아진(Phenothiazine), 고분자계 전기 변색 물질 등이 사용되어 질 수 있다. 상기의 변색 물질 중 투명에서 적색, 녹색 및 청색으로 변환 가능한 물질을 사용하게 된다.
또한, 전기변색층은 전기변색 물질과 전기변색 물질이 담지된 나노 입자(nano-particles)를 포함할 수 있다. 나노 입자로는 반도체 물질이 사용될 수 있으며, TiO2, ZnO2, WO3 등이 사용될 수도 있다. 또한, 나노 입자의 형태는 구형, 정사면체, 원통형, 삼각형, 원판형, 트리포드(tripod), 테트라포드(tetrapod), 큐브, 박스, 스타, 튜브 등 다양하다. 나노 입자의 크기는 대략 1-100 nm일 수 있다. 나노 입자가 사용되는 경우, 나노 입자의 표면적이 커지므로, 전기변색 물질을 더욱 많이 도포할 수 있다. 이에 따라, 더욱 효율적으로 전기변색 소자(1)를 구동할 수 있다.
또한 상기 전기변색 물질는 나노 입자에 담지되지 않은 형태로 고분자 화합물과 전기변색물질이 혼합된 층일 수도 있다. 고분자 물질로는 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 부틸알, 폴리비닐 알코올 등의 고분자 화합물 1 ~ 50 중량 % 및 변색 물질 99 ~ 50 중량 %의 비율로 혼합된 변색층일 수 있다.
상기 칼라 전환층은 예를 들어, 이색성 염료가 혼합된 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)층을 포함할 수 있다. PDLC 층은 폴리머와 폴리머 내에 분산된 액정을 포함할 수 있다. PDLC층은 액정의 이방성을 이용하여 화상을 표시할 수 있다. 액정은 정상 굴절률(ordinary refractive index)과 이상 굴절률(extraordinary refractive index)을 포함하는 이방성의 특성을 가지는데 비해, 폴리머는 등방성을 가진다. 전계가 없는 경우에는 분산된 액정은 배향 방향이 일정하지 않아 폴리머의 굴절률과 액정의 굴절률에 차이가 생긴다. 이 때문에 폴리머와 액정 사이에서는 산란이 일어나게 되어 불투명하게 보이게 된다. 여기서, PDLC 층에 포함된 염료에 따라 칼라가 표시된다. 한편, 전계가 있는 경우에는 액정은 전계와 평행한 방향으로 배향하게 되고, 폴리머의 굴절률과 액정의 정상 굴절률이 일치하게 되어 투명 상태가 된다. 상기 PDLC층은 각 서브 픽셀 별로 소정 칼라의 염료를 포함할 수 있다. 예를 들어, PDLC층의 제1칼라셀은 적색 염료를, 제2칼라셀은 녹색 염료를, 제3칼라셀은 청색 염료를 포함할 수 있다. 이 염료들은 폴리머와 액정들 중 적어도 하나에 포함될 수 있다.
또는, 상기 칼라 전환층은 예를 들어 적색 , 녹색, 청색의 콜레스테릭 액정층 또는 적색, 녹색, 청색, 백색 칼라볼을 포함하는 e-잉크층을 포함할 수 있다.
도 1은 칼라 전환층(25)으로 전기 변색 소자를 사용한 예를 도시한 것으로, 상기 반사층(15)과 칼라 전환층(25) 사이에 전기 변색이 일어날 때 이온이 이동할 수 있도록 전해질층(20)이 구비될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2를 참조하면, 제1칼라셀(25a), 제2칼라셀(25b), 제3칼라셀(25c) 각각에 제1전압(V1)을 인가한다. 상기 제1칼라셀(25a)은 전압이 인가되면 예를 들어 적색을 표시할 수 있으며, 제2칼라셀(25b)은 전압이 인가되면 녹색을 표시할 수 있으며, 제3칼라셀(25c)은 전압이 인가되면 청색을 표시할 수 있다. 그리고, 상기 제1필터(35a)는 시안광을 투과시키고, 제2필터(35b)는 마젠타광을 투과시키며, 제3필터(35c)는 엘로우광을 투과시킨다.
외부에서 백색광이 입사되면, 제1필터(35a)를 통해 시안광이 투과되고, 시안광이 제1칼라셀(25a)에서 적색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 또한, 백색광이 제2필터(35b)를 통해 마젠타광으로 투과되고, 마젠타광이 제2칼라셀(25b)에서 녹색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 또한, 백색광이 제3필터(35c)를 통해 엘로우광으로 투과되고, 엘로우광이 제3칼라셀(25c)에서 청색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다.
도 3을 참조하면, 제1칼라셀(25a)에 제1전압(V1)을 인가하고, 제2칼라셀(25b)과 제3칼라셀(25c)에는 전압을 인가하지 않거나 역전압을 걸어준다. 상기 제1칼라셀(25a)은 적색을 표시하며, 제2칼라셀(25b)과 제3칼라셀(25c)은 투명한 상태를 나타낸다. 따라서, 백색광이 제1필터(35a)를 통해 시안광으로 투과되고, 시안광이 제1칼라셀(25a)에서 적색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 백색광이 제2필터(35b)를 통해 마젠타광(M)으로 투과되고, 마젠타광(M)이 투명 상태인 제2칼라셀(25b)을 투과하고 반사층(15)에서 반사되어 제2칼라셀(25b)과 제2필터(35b)를 통해 외부로 나가게 된다. 백색광이 제3필터(35c)를 통해 엘로우광(Y)으로 투과되고, 엘로우광(Y)이 투명 상태인 제3칼라셀(25c)을 투과하고 반사층(15)에서 반사되어 제3칼라셀(25c)과 제3필터(35c)를 통해 외부로 나가게 된다. 그 결과, 마젠타광(M)과 엘로우광(Y)이 혼합되어 적색(Red)이 표시된다.
한편, 제2칼라셀(25b)에 제1전압(V1)을 인가하고, 제1칼라셀(25a)과 제3칼라셀(25c)에는 전압을 안가하지 않거나 역전압을 인가하는 경우에는, 제1필터(35a)와 제1칼라셀(25a)의 조합에 의해 시안이 표시되고, 제2필터(35b)와 제2칼라셀(25b)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제3필터(35c)와 제3칼라셀(25c)의 조합에 의해 엘로우가 표시될 수 있다. 그 결과, 시안과 엘로우가 혼합되어 녹색이 표시된다. 또한, 제3칼라셀(25c)에 제1전압(V1)을 인가하고, 제1칼라셀(25a)과 제2칼라셀(25b)에는 전압을 인가하지 않거나 역전압을 인가하는 경우에는, 제1필터(35a)와 제1칼라셀(25a)의 조합에 의해 시안이 표시되고, 제2필터(35b)와 제2칼라셀(25b)의 조합에 의해 마젠타가 표시되고, 제3필터(35c)와 제3칼라셀(25c)의 조합에 의해 블랙이 표시될 수 있다. 그 결과, 시안과 마젠타가 혼합되어 청색이 표시된다.
또는, 제1칼라셀(25a)과 제2칼라셀(25b)에 제1전압(V1)을 인가하고, 제3칼라셀(25c)에는 전압을 인가하지 않거나 역전압을 인가하는 경우에는, 제1필터(35a)와 제1칼라셀(25a)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제2필터(35b)와 제2칼라셀(25b)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제3필터(35c)와 제3칼라셀(25c)의 조합에 의해 엘로우가 표시될 수 있다. 그 결과, 엘로우가 표시된다. 이와 같은 방식으로, 시안 또는 마젠타가 표시될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1칼라셀(25a), 제2칼라셀(25b), 제3칼라셀(25c)에 전압을 인가하지 않거나 역전압을 가해준다. 이 경우, 제1칼라셀(25a), 제2칼라셀(25b), 제3칼라셀(25c)이 모두 투명한 상태가 된다. 백색광이 제1필터(35a)를 통해 시안광으로 투과되고, 투명한 제1칼라셀(25a)을 투과한 다음 반사층(15)에서 반사되어 외부로 나간다. 또한, 백색광이 제2필터(35b)를 통해 마젠타광으로 투과되고, 투명한 제2칼라셀(25b)을 투과한 다음 반사층(15)에서 반사되어 외부로 나간다. 또한, 백색광이 제3필터(35c)를 통해 엘로우광으로 투과되고, 투명한 제3칼라셀(25c)을 투과한 다음 반사층(15)에서 반사되어 외부로 나간다. 그 결과, 시안광, 마젠타광, 엘로우광이 혼합되어 백색을 나타낸다. 이와 같이 칼라 전환층의 각 칼라셀이 모두 투명 모드일 경우, 칼라 필터 고유의 시안, 마젠타, 엘로우가 반사되어 백색을 표시할 수 있다. 여기서, 칼라 전환층이 변색 모드일 경우, 칼라 필터층을 투과한 광이 감산(subtractive) 혼색 방식에 의해 블랙을 표시하고, 칼라 전환층이 투명 모드일 경우 칼라 필터층을 투과한 광이 가산(additive) 혼색 방식에 의해 백색을 표시할 수 있다.
도 5는 예를 들어 적색 필터를 통과한 광의 파장에 따른 광강도와 마젠타 필터를 통과한 광의 파장에 따른 광강도를 나타낸 것이다. 적색 필터를 통과한 광은 적색광(L1)만이 통과되는데 비해, 마젠타 필터를 통과한 광은 청색광(L2)과 적색광(L3)이 투과된다. 따라서, 적색 필터를 통과한 광에 비해 마젠타 필터를 통과한 광의 광량이 많다. 이와 같이 시안, 마젠타, 엘로우 필터를 통과한 광이 적색, 녹색, 청색 필터를 통과한 광에 비해 광량이 많아 백색의 휘도가 높다. 따라서, 시안, 마젠타, 엘로우 필터를 사용하는 경우 적색, 녹색, 청색 필터를 사용하는 경우에 비해 흑백 명암비가 높을 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이 시안, 마젠타, 엘로우 칼라 필터와 적색, 녹색, 청색 칼라 전환층의 칼라 조합에 의해 흑백과 다양한 칼라의 표현이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 디스플레이 장치는 복수 개의 픽셀이 메트릭스 형태로 배열될 수 있다. 도 6에서는 편의상 디스플레이 장치의 하나의 픽셀(200)을 도시한 것이다. 상기 픽셀(200)은 복수 개의 서브 픽셀을 포함할 수 있으며, 각 서브 픽셀에서의 칼라 광이 혼합되어 칼라 화상이 표시될 수 있다. 각 서브 픽셀은 서로 다른 칼라광을 표시할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니며 각 칼라광의 휘도나 효율 등을 고려하여 같은 칼라 광을 표시하는 서브 픽셀을 복수 개 구비하는 것도 가능하다. 상기 픽셀(200)은 예를 들어 제1서브 픽셀(200a), 제2서브 픽셀(200b), 제3서브 픽셀(200c) 및 제4서브 픽셀(200d)을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 디스플레이 장치는 제1전극층(210), 상기 제1전극층(210) 위에 구비된 칼라 전환층(225), 상기 칼라 전환층(225) 위에 구비된 제2전극층(230) 및 상기 제2전극층(230) 위에 구비된 칼라 필터층(235)을 포함할 수 있다. 상기 칼라 전환층(225)은 제1전극층(210)과 제2전극층(230) 사이에 구비되어 전압의 인가에 따라 입사광의 칼라를 변환시킬 수 있다. 상기 제1전극층(210)과 제2전극층(230)은 PM(Passive Matrix) 방식 또는 AM(Active Matrix) 방식으로 배열될 수 있다. PM 방식에서는, 상기 제1전극층(210)과 제2전극층(230)이 각각 스트라이프 형태로 배열되고, 서로 교차하도록 배열될 수 있다. AM 방식에서는 상기 제1전극층(210)이 공통 전극(common electrod)으로 형성되고, 제2 전극층(230)이 상기 서브 픽셀들(200a)(200b)(200c)(200d)에 대응되게 배열되는 화소 전극으로 형성될 수 있다. 또는, 이와 반대로 상기 제1전극층(210)이 화소 전극으로, 제2전극층(230)이 공통 전극으로 형성되는 것도 가능하다. 상기 제1전극층(210)과 제2전극층(230) 중 적어도 하나가 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 형성될 수 있다.
상기 칼라 전환층(225)의 각 서브 픽셀들 사이에는 혼색을 방지하기 위하여 격벽(222)들이 마련될 수 있다. 그리고, 상기 칼라 전환층(225)과 제1전극층(210) 사이에 반사층(215)이 구비될 수 있다. 상기 반사층(215)은 외부에서 들어온 광을 반사시켜 외부로 보내는 역할을 한다. 도면 부호 220은 전해질층을 나타낸다.
상기 칼라 필터층(235)은 소정 칼라광을 투과시키는 복수 개의 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 칼라 필터층(235)은 시안 광을 투과시키는 제1필터(235a), 마젠타 광을 투과시키는 제2필터(235b), 엘로우 광을 투과시키는 제3필터(235c), 및 백색광을 투과시키는 제4필터(235d)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제4필터(235d)는 투명층으로 형성될 수 있다.
상기 칼라 전환층(225)은 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 입사광을 소정의 칼라광으로 전환하는 변색 모드를 포함할 수 있다. 상기 칼라 전환층(225)은 상기 칼라 필터층(235)과의 조합에 의해 칼라를 표시하며, 제1칼라셀(225a), 제2칼라셀(225b), 제3칼라셀(225c) 및 제4칼라셀(225d)을 포함할 수 있다. 상기 제1칼라셀(225a)은 입사광을 투과시키거나 제1칼라광으로 전환할 수 있다. 제2칼라셀(225b)은 입사광을 투과시키거나 제2칼라광으로 전환할 수 있다. 제3칼라셀(225c)은 입사광을 투과시키거나 제3칼라광으로 전환할 수 있다. 제4칼라셀(225d)은 입사광을 투과시키거나 제4칼라광으로 전환할 수 있다. 상기 제1칼라광은 상기 시안 광과 보색 관계를 가지며, 상기 제2칼라광은 마젠타 광과 보색 관계를 가지며, 제3칼라광은 엘로우 광과 보색 관계를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1칼라광은 적색광이고, 제2칼라광은 녹색광이고, 제3칼라광은 청색광일 수 있다. 그리고, 제4칼라광은 블랙광일 수 있다.
상기 칼라전환층(225)은 예를 들어 전기 변색 소자(Electrochomic device)를 포함할 수 있다. 상기 칼라 전환층(225)은 예를 들어, 이색성 염료가 혼합된 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)층을 포함할 수 있다. 또는, 상기 칼라 전환층(225)은 예를 들어 적색 , 녹색, 청색, 백색의 콜레스테릭 액정층 또는 적색, 녹색, 청색, 백색 칼라볼을 포함하는 e-잉크층을 포함할 수 있다. 이들 칼라전환층(225)의 작용 원리에 대해서는 앞에서 전술한 바와 같으므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 7 내지 9는 도 6에 도시된 디스플레이 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 제1칼라셀(225a), 제2칼라셀(225b), 제3칼라셀(225c), 제4칼라셀(225d) 각각에 제2전압(V2)을 인가한다. 상기 제1칼라셀(225a)은 전압이 인가되면 예를 들어 적색을 표시할 수 있으며, 제2칼라셀(225b)은 전압이 인가되면 녹색을 표시할 수 있으며, 제3칼라셀(225c)은 전압이 인가되면 청색을 표시할 수 있으며, 제4칼라셀(225d)은 전압이 인가되면 블랙을 표시할 수 있다. 그리고, 상기 제1필터(235a)는 시안광을 투과시키고, 제2필터(235b)는 마젠타광을 투과시키며, 제3필터(235c)는 엘로우광을 투과시키고, 제4필터(235d)는 백색광을 투과시킬 수 있다.
외부에서 백색광이 입사되면, 제1필터(235a)를 통해 시안광이 투과되고, 시안광이 제1칼라셀(225a)에서 적색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 또한, 백색광이 제2필터(235b)를 통해 마젠타광으로 투과되고, 마젠타광이 제2칼라셀(225b)에서 녹색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 또한, 백색광이 제3필터(235c)를 통해 엘로우광으로 투과되고, 엘로우광이 제3칼라셀(225c)에서 청색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 또한, 백색광이 제4필터(235d)를 통과하고, 제4칼라셀(225d)에서 블랙과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 그 결과, 해당 픽셀에서는 블랙이 표시될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1칼라셀(225a)에 제2전압(V2)을 인가하고, 제2칼라셀(225b), 제3칼라셀(225c) 및 제4칼라셀(225d)에는 전압을 인가하지 않거나 역전압을 가한다. 상기 제1칼라셀(225a)은 적색을 표시하며, 제2칼라셀(225b), 제3칼라셀(225c) 및 제4칼라셀(225d)은 투명 모드를 나타낸다. 따라서, 백색광이 제1필터(235a)를 통해 시안광으로 투과되고, 시안광이 제1칼라셀(225a)에서 적색과 혼합되어 블랙(BL)이 표시된다. 백색광이 제2필터(235b)를 통해 마젠타광(M)으로 투과되고, 마젠타광(M)이 투명 상태인 제2칼라셀(225b)을 투과하고 반사층(215)에서 반사되어 제2칼라셀(225b)과 제2필터(235b)를 통해 외부로 나가게 된다. 백색광이 제3필터(235c)를 통해 엘로우광(Y)으로 투과되고, 엘로우광(Y)이 투명 상태인 제3칼라셀(225c)을 투과하고 반사층(215)에서 반사되어 제3칼라셀(225c)과 제3필터(235c)를 통해 외부로 나가게 된다. 그리고, 백색광이 제4필터(235d)를 통해 투과되고, 상기 백색광이 투명 상태인 제4칼라셀(225d)을 투과하고, 반사층(215)에서 반사되어 외부로 나가게 된다. 그 결과, 마젠타광(M), 엘로우광(Y), 백색광(W)이 혼합되어 적색(Red1)이 표시될 수 있다. 상기 적색(Red1)은 도 3을 참조하여 설명한 적색(Red)보다 밝은 적색으로 나타날 수 있다.
다음, 제2칼라셀(225b)에 제2전압(V2)을 인가하고, 제1칼라셀(225a)과 제3칼라셀(225c), 제4칼라셀(225d)에는 전압을 안가하지 않거나 역전압을 가하는 경우에는, 제1필터(235a)와 제1칼라셀(225a)의 조합에 의해 시안이 표시되고, 제2필터(235b)와 제2칼라셀(225b)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제3필터(235c)와 제3칼라셀(225c)의 조합에 의해 엘로우가 표시되고, 제4필터(235d)와 제4칼라셀(225d)의 조합에 의해 백색이 표시될 수 있다. 그 결과, 시안, 엘로우, 백색이 혼합되어 밝은 녹색이 표시될 수 있다. 또한, 제3칼라셀(225c)에 제2전압(V2)을 인가하고, 제1칼라셀(225a)과 제2칼라셀(225b), 제4칼라셀(225d)에는 전압을 인가하지 않거나 역전압을 인가하는 경우에는, 제1필터(235a)와 제1칼라셀(225a)의 조합에 의해 시안이 표시되고, 제2필터(235b)와 제2칼라셀(225b)의 조합에 의해 마젠타가 표시되고, 제3필터(235c)와 제3칼라셀(225c)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제4필터(235d)와 제4칼라셀(225d)의 조합에 의해 백색이 표시될 수 있다. 그 결과, 시안, 엘로우, 백색이 혼합되어 밝은 청색이 표시될 수 있다.
또는, 제1칼라셀(225a)과 제2칼라셀(225b)에 제2전압(V2)을 인가하고, 제3칼라셀(225c), 제4칼라셀(225d)에는 전압을 인가하지 않거나 역전압을 인가하는 경우에는, 제1필터(235a)와 제1칼라셀(225a)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제2필터(235b)와 제2칼라셀(225b)의 조합에 의해 블랙이 표시되고, 제3필터(235c)와 제3칼라셀(225c)의 조합에 의해 엘로우가 표시되고, 제4필터(235d)와 제4칼라셀(225d)의 조합에 의해 백색이 표시될 수 있다. 그 결과, 밝은 엘로우가 표시될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 밝은 시안 또는 밝은 마젠타가 표시될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1칼라셀(225a), 제2칼라셀(225b), 제3칼라셀(225c), 제4칼라셀(225d)에 전압을 인가하지 않거나 역전압을 가한다. 이 경우, 제1칼라셀(225a), 제2칼라셀(225b), 제3칼라셀(225c), 제4칼라셀(225d)이 모두 투명 모드가 된다. 백색광이 제1필터(235a)를 통해 시안광으로 투과되고, 투명한 제1칼라셀(225a)을 투과한 다음 반사층(215)에서 반사되어 외부로 나간다. 또한, 백색광이 제2필터(235b)를 통해 마젠타광으로 투과되고, 투명한 제2칼라셀(225b)을 투과한 다음 반사층(215)에서 반사되어 외부로 나간다. 또한, 백색광이 제3필터(235c)를 통해 엘로우광으로 투과되고, 투명한 제3칼라셀(225c)을 투과한 다음 반사층(215)에서 반사되어 외부로 나간다. 또한, 백색광이 제4필터(235d)를 통과하고, 투명 모드인 제4필터(235d)를 투과한 다음 반사층(215)에서 반사되어 외부로 나간다. 그 결과, 시안광, 마젠타광, 엘로우광, 백색광이 혼합되어 백색을 나타낸다. 이와 같이 칼라 전환층의 각 칼라셀이 모두 투명 모드일 경우, 칼라 필터 고유의 시안, 마젠타, 엘로우와 백색이 혼합되어 밝은 백색을 표시할 수 있다. 여기서, 칼라 전환층이 변색 모드일 경우, 칼라 필터층을 투과한 광이 감산(subtractive) 혼색 방식에 의해 블랙을 표시하고, 칼라 전환층이 투명 모드일 경우 칼라 필터층을 투과한 광이 가산(additive) 혼색 방식에 의해 백색을 표시할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 블랙 또는 백색을 나타낼 수 있는 서브 픽셀이 포함되어 콘트라스트 및 색재현성을 증대시킬 수 있다. 또한, 백색광의 효율을 높일 수 있고, 그레이 스케일의 특성을 높일 수 있다. 한편, 이상의 실시예에서는 픽셀이 각각 다른 칼라를 나타내는 서브 픽셀들을 포함하는 예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 다양한 칼라의 조합을 가지는 서브 픽셀들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 칼라 필터층이 제1시안 필터, 제2시안 필터, 마젠타 필터, 엘로우 필터를 포함할 수 있다.
한편, 도 1과 도 6에서는 반사층을 구비한 반사형 디스플레이 장치를 도시하였지만, 반사층을 구비하지 않는 구성도 가능하다. 도 10에 도시된 디스플레이 장치는 제1전극층(310), 상기 제1전극층(310) 위에 구비된 칼라 전환층(325), 상기 칼라 전환층(325) 위에 구비된 제2전극층(330) 및 상기 제2전극층(330) 위에 구비된 칼라 필터층(335)을 포함할 수 있다. 상기 칼라 전환층(325)은 제1전극층(310)과 제2전극층(330) 사이에 구비되어 전압의 인가에 따라 입사광을 투과시키는 투과 모드와 입사광의 칼라를 변환시키는 변색 모드를 선택할 수 있다.
상기 칼라 전환층(325)은 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제1칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제1칼라셀(325a), 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제2칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제2칼라셀(325b) 및 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제3칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제3칼라셀(325c)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 칼라 필터층(335)은 시안 광을 투과시키는 제1필터(335a), 마젠타 광을 투과시키는 제2필터(335b) 및 엘로우 광을 투과시키는 제3필터(335c)를 포함할 수 있다. 상기 제1칼라셀(325a)과 제1필터(335a)가 마주보고, 제2칼라셀(325b)과 제2필터(335b)가 마주보며, 제3칼라셀(325c)과 제3필터(335c)가 마주보게 배치되고, 각각에 대응되는 칼라셀과 필터를 통과한 광의 조합에 의해 흑백과 칼라를 표시할 수 있다. 이러한 칼라 표시 방법은 도 1 및 도 6에 도시된 디스플레이 장치를 참조하여 설명한 것과 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 10에 도시된 디스플레이 장치는 투명 디스플레이 장치로 사용 가능하다. 다시 말하면, 외부광이 칼라 필터층과 칼라 전환층을 투과하면서 칼라 화상이 형성되고, 이 칼라 화상을 바로 사용자가 보게 되는 것이다. 이 경우 디스플레이 장치의 양 방향에서 화상이 표시될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 예를 들어 e-book에 적용될 수 있으며, 종이에 칼라를 표시하는 것과 같은 효과를 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 외부광을 이용하여 칼라 화상을 형성하고, 반사층에서 반사시켜 칼라 화상을 표시하는 반사형 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복잡하고 고가의 공정이 요구되는 칼라 필터층 적층 공정 또는 칼라 전환층의 적층 공정이 요구되지 않는다. 또한, 각 서브 픽셀별로의 구동 및 조합에 따라 흑백과 칼라 표시가 가능하며, 명암비 및 색 표현 범위가 넓어져 e-book 등과 같은 반사형 디스플레이 소자의 표시 성능을 높일 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
1,200...픽셀, 1a,1b,1c,200a,200b,200c...서브 픽셀
10,210...제1전극층, 15,215...반사층
20,220...전해질층, 22,222...격벽
25,225...칼라 전환층, 30,230...제2전극층
35,235...칼라 필터층

Claims (22)

  1. 제1전극층;
    상기 제1전극층 위에 구비된 반사층;
    상기 반사층 위에 구비된 것으로, 입사광을 투과시키거나 제1칼라광으로 전환하는 제1칼라셀, 입사광을 투과시키거나 제2칼라광으로 전환하는 제2칼라셀 및 입사광을 투과시키거나 제3칼라광으로 전환하는 제3칼라셀을 포함하는 칼라 전환층;
    상기 칼라 전환층 위에 구비된 제2전극층; 및
    상기 제2전극층 위에 구비된 것으로, 시안 광을 투과시키는 제1필터, 마젠타 광을 투과시키는 제2필터 및 엘로우 광을 투과시키는 제3필터를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하고, 상기 칼라 필터층이 제1전극층과 제2전극층 사이의 외부에 배치되고, 상기 칼라 필터층이 전기적 구동 없이 시안 광, 마젠타 광, 엘로우 광을 투과시키는 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1칼라광은 시안 광과 보색 관계를 가지며, 제2칼라광은 마젠타 광과 보색 관계를 가지며, 상기 제3칼라광은 엘로우 광과 보색 관계를 가지는 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1칼라광은 적색광을 포함하고, 제2칼라광은 녹색광을 포함하고, 제3칼라광은 청색광을 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1전극층과 제2전극층 중 적어도 하나는 투명한 전도성 물질로 형성되는 디스플레이 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 전기 변색층을 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 이색성 염료가 혼합된 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)층을 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 적색, 녹색, 청색의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 적색, 녹색, 청색, 백색 칼라볼을 포함하는 e-잉크층을 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1칼라셀과 제1필터가 마주보고, 제2칼라셀과 제2필터가 마주보며, 제3칼라셀과 제3필터가 마주보게 배치된 디스플레이 장치.
  10. 제1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 필터층은 입사광을 투과시키는 제4필터를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 상기 제4필터에 마주보게 배치된 제4칼라셀을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제4칼라셀은 입사광을 투과시키거나 입사광을 블랙으로 전환하는 디스플레이 장치.
  13. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 전압 인가에 따라 각 칼라셀에서 입사광을 투과시키거나 변색시키는 것을 선택할 수 있는 디스플레이 장치.
  14. 제1전극층;
    상기 제1전극층 위에 구비된 것으로, 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제1칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제1칼라셀, 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제2칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제2칼라셀 및 입사광을 투과시키는 투과 모드 또는 제3칼라광으로 전환하는 변환 모드를 가지는 제3칼라셀을 포함하는 칼라 전환층;
    상기 칼라 전환층 위에 구비된 제2전극층; 및
    상기 제2전극층 위에 구비된 것으로, 시안 광을 투과시키는 제1필터, 마젠타 광을 투과시키는 제2필터 및 엘로우 광을 투과시키는 제3필터를 포함하는 칼라 필터층;을 포함하고,
    상기 칼라 필터층이 상기 제1전극층과 제2전극층 사이의 외부에 배치되고, 상기 칼라 필터층이 전기적 구동 없이 시안 광, 마젠타 광, 엘로우 광을 투과시키는 디스플레이 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 각 칼라셀에의 전압의 인가에 따라 상기 투과 모드와 변색 모드를 선택하는 디스플레이 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1칼라광은 적색광을 포함하고, 제2칼라광은 녹색광을 포함하고, 제3칼라광은 청색광을 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 제1전극층과 제2전극층은 투명한 전도성 물질로 형성되는 디스플레이 장치.
  18. 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 전기 변색층을 포함하는 디스플레이 장치.
  19. 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 이색성 염료가 혼합된 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)층을 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제 14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 적색, 녹색, 청색의 콜레스테릭 액정층을 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 전환층은 적색, 녹색, 청색, 백색 칼라볼을 포함하는 e-잉크층을 포함하는 디스플레이 장치.
  22. 제14항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1칼라셀과 제1필터가 마주보고, 제2칼라셀과 제2필터가 마주보며, 제3칼라셀과 제3필터가 마주보게 배치된 디스플레이 장치.
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