KR20120091442A

KR20120091442A - 전환 가능한 투과형/반사형 일렉트로웨팅 디스플레이, 디스플레이 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20120091442A
Application number: KR1020127017547A
Authority: KR
Inventors: 레슬리 앤 패리-존스
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-08-17
Also published as: WO2011074505A1; US20110140996A1; CN102652280A; EP2513719A1

Abstract

반사형 모드와 비-반사형 모드 간에 전환 가능한 제1 일렉트로웨팅 층과, 상기 제1 일렉트로웨팅 층에 인접하고, 화상을 생성하도록 전환 가능한 복수의 픽셀을 포함하는 제2 일렉트로웨팅 층을 포함하는 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이가 제공된다.

Description

전환 가능한 투과형/반사형 일렉트로웨팅 디스플레이, 디스플레이 시스템 및 방법 {SWITCHABLE TRANSMISSIVE/REFLECTIVE ELECTROWETTING DISPLAY, DISPLAY SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 일반적으로 예를 들어 휴대용 전자 장치 등에 사용될 수 있는 일렉트로웨팅 디스플레이에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 투과형 모드와 반사형 모드 간에 전환 가능한 일렉트로웨팅 디스플레이, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

휴대용 전자 장치에 일체된 디스플레이는 종종 강하게 비추는 일광으로부터 어두운 야간 조건까지 매우 다양한 조명 조건에서 판독 가능할 필요가 있다. 이러한 2개의 극단적 조건에서의 어려움은 2개의 완전히 다른 유형의 디스플레이에 적응한다는 것이다. 주변광이 거의 없거나 또는 전혀 없는 어두운 방에서, 이상적인 해법은, 광원이 디스플레이, 예를 들어, 백라이트 또는 발광 픽셀에 일체되어 있는 발광형(emissive) 디스플레이이다. 그러나, 밝은 조건에서는, 이러한 디스플레이로부터 방출되는 광이 디스플레이의 전방 표면 상의 강한 일광에 의해 발생되는 섬광(glare)과 경쟁하는 것은 어렵다. 이러한 문제점에 대한 양호한 해법으로서, 섬광이 반드시 제거되지는(omitted) 않지만, 적어도 관찰되는 화상은 섬광에 비례하여, 태양이 아무리 강하더라도 디스플레이를 동등하게 볼 수 있는 순수 반사형 디스플레이를 사용하는 것이다. 그러나, 순수 반사형 디스플레이는, 소정 방식으로, 예를 들어 외부 광원 또는 디스플레이에 일체된 정면 조명(front-light)에 의해 조명되지 않는다면, 어두운 조건에서는 볼 수 없다. 역사적으로, 정면 조명 기술은, 일반적으로 관찰되는 화상 품질에 영향을 주므로, 반사형 디스플레이에서 널리 사용되도록 충분히 진전되지는 않았다. 액정 디스플레이(LCDs)가 이러한 적용들에 사용되는 경우 거의 항상 채용되었던 대안적인 해법은 각 픽셀의 영역을 하나는 투과형이고 다른 하나는 반사형인 2개의 영역으로 분할하는 것이다.

이러한 해법이, 휴대 전화 및 다른 휴대용 장치에 일체된 LCDs에 거의 편재되어 있어, 다양한 조명 조건에서 스크린의 판독을 허용하더라도, 영역 나누기(sharing)가 포함되어 있으므로, 장치 성능에 상당한 비용이 들게 된다. 예를 들어, 디스플레이의 투과부의 경우, LCD의 개구율은 디스플레이가 순수 투과형인 경우보다 더 작으므로, 백라이트의 동일한 휘도에 대해, 디스플레이의 투과성(transmission)은 보다 흐릿해진다(dimmer). 이는 물론 보다 밝은 백라이트를 사용함으로써 보상될 수 있지만, 보다 큰 전력 소비를 희생하여 이루어진다. 디스플레이의 반사부의 경우, 픽셀당 반사기의 영역이 보다 작기 때문에 마찬가지로 휘도는 순수 반사형 디스플레이의 경우보다 더 낮다. 이러한 경우 이는 보다 높은 전력 백라이트에 의해 보상될 수 없으므로 더욱 심각하다: 디스플레이는 단지 반사 시에 더 흐리게 보인다. 순수 반사형 LCDs, 특히 컬러 LCDs는, 영역 나누기로부터의 추가의 감소가 없어도, 이미 상당히 열악한 반사력(reflectivity)(~ 10-15%)을 갖는다. 실제로 전형적인 컬러 반투과형(transflective) LCD는 단지 3-4%의 반사력을 갖는데, 이는 종이에 인쇄된 화상으로부터 익숙해져 있는 ~70%로부터 매우 멀다.

WO 03071347 A1호 WO 2005098524 A1호 WO 2007141220 A1호 WO 2006017129 A2호

종래의 디스플레이와 관련된 상술된 단점들을 고려할 때, 픽셀의 영역을 더 이상 투과성 기능과 반사성 기능 간에 나눌 필요가 없도록 전환 가능한 반사기를 포함하는 디스플레이에 대한 강한 필요성이 존재한다. 모든 픽셀의 후방(back)에 전환 가능한 반사기가 있다면, 투과형 및 반사형 모드가 양 모드에 대해 감소된 효율로 항상 동시에 존재하는 것보다는, 디스플레이를 투과형 또는 반사형 모드로 동작하는 것이 가능할 것이다. 언제든지 시간에 맞춰(in time) 어떠한 모드를 사용할지의 선택은 주변광 센서를 사용함으로써 자동으로 행해질 수 있거나, 또는 사용자에 의해 수동으로 행해질 수 있거나, 또는 이들 둘의 조합에 의해 행해질 수 있다. 또한, 전환 가능한 반사기가 양자 택일(binary)이 아니라, 소정의 중간 상태를 갖는다면(즉, 부분적 투과기(transmitter), 부분적 반사기로서 역할을 할 수 있다면), 디스플레이는 필요하다면 현재의 반투과형 모드와 매우 유사한 모드로 동작할 수도 있다.

2003년 8월 28일에 공개된 Feenstra 등의 WO 03071347 A1호는 각 픽셀이, 픽셀 영역의 모두 또는 일부를 커버하도록 전기적으로 독립적으로 전환될 수 있는 2개의 상이하게 착색된 오일 액적을 포함하는 이중층 일렉트로웨팅 장치를 설명하고 있다. 그러나, 사용되는 2개의 상이하게 착색된 오일은 디스플레이에서 감산적으로(subtractively) 색을 생성하기 위해 감색(subtractive colour) 필터로서 역할을 한다(즉, 이들은 옐로우, 시안 및 마젠타 중 임의의 2개일 수 있다). 이들은 전환 가능한 반사기를 제조하는데 사용되지 않는다.

2005년 10월 20일에 공개된 Hayes 등의 WO 2005098524 A1호는 픽셀이, 투과되거나 또는 반사되는 광을 전기적으로 변조하는데 사용될 수 있는 2개의 혼합되지 않는 유체를 포함하는 매우 일반적인 일렉트로웨팅 디스플레이 장치를 설명하고 있다. 그러나, 전환 가능한 투과형/반사형 디스플레이를 제조하기 위해 이중층 구조의 일렉트로웨팅을 이용하는 것에 대하여는 언급되지 않았다.

2007년 12월 13일에 공개된 Feenstra Bokke 등의 WO 2007141220 A1호는 상술된 바와 같이 픽셀의 영역을 하나는 투과성이고 하나는 반사성인 2개로 분할함으로써 투과 및 반사의 이중 기능을 달성하는 반투과형 일렉트로웨팅 디스플레이를 설명하고 있다. 그러나, 전환 가능한 투과형/반사형 디스플레이를 제조하기 위해 이중층 구조의 일렉트로웨팅을 이용하는 것에 대하여는 언급되지 않았다.

2006년 2월 16일에 공개된 Steckl 등의 WO 2006017129 A2호는 영역 분할에 의해, 또는 픽셀의 후방에 균일한 부분적 반사기를 사용함으로써 투과 및 반사의 이중 기능을 달성하는 반투과형 일렉트로웨팅 디스플레이를 설명하고 있다. 그러나, 전환 가능한 투과형/반사형 디스플레이를 제조하기 위해 이중층 구조의 일렉트로웨팅을 이용하는 것에 대하여는 언급되지 않았다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이가 제공된다. 일렉트로웨팅 디스플레이는 반사형 모드와 비-반사형 모드 간에 전환 가능한 제1 일렉트로웨팅 층과, 상기 제1 일렉트로웨팅 층에 인접하고, 화상을 생성하도록 전환 가능한 복수의 픽셀을 포함하는 제2 일렉트로웨팅 층을 포함한다.

다른 양태에 따르면, 본 명세서에 설명된 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이를 포함하고, 상기 제2 일렉트로웨팅 층 측에 대향하는 측의 상기 제1 일렉트로웨팅 층에 인접하는 백라이트와, 상기 백라이트의 출력의 제어와 관련하여 상기 제1 일렉트로웨팅 층을 상기 반사형 모드와 상기 비-반사형 모드 간에 선택적으로 전환시키는 제어기를 더 포함하는 디스플레이 시스템이 제공된다.

또 다른 양태에 따르면, 본 명세서에 설명된 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이의 동작 방법이 제공된다. 상기 방법은 화상을 생성하도록 상기 제2 일렉트로웨팅 층 내의 픽셀을 전환시키는 단계와, 반사형 모드, 투과형 모드 및 반투과형 모드 중에 포함되는 적어도 2개의 표시 모드에서 상기 화상을 제어 가능하게 제시(present)하도록 상기 제1 일렉트로웨팅 층을 상기 반사형 모드와 상기 비-반사형 모드 간에 선택적으로 전환시키는 단계를 포함한다.

상술된 그리고 관련된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 이하에서 충분히 설명되고 특히 청구범위에서 지시되는 특징들을 포함한다. 이하의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 소정의 예시적 실시예들을 상세히 설명한다. 이러한 실시예들은 그러나 본 발명의 원리를 채용할 수 있는 다양한 방법들 중 몇 개만을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징들은 도면을 참조하여 고려할 때 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 반사형 디스플레이의 문맥에서 패럴랙스(parallax)의 개념을 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 물 기반 일렉트로웨팅 유체층이 전체 디스플레이에 대해 공통 전극으로서 역할을 하는 경우에, 전압이 인가되지 않은 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이에서의 3개의 픽셀을 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 각 픽셀 내의 일렉트로웨팅 유체층이 인접 픽셀 내의 일렉트로웨팅 유체층으로부터 전기적으로 격리되어, 도전성 필러(pillars)를 통해 개별적으로 각 픽셀에 전기적으로 연결되는 것이 바람직한 경우에, 전압이 인가되지 않은 도 2에 도시된 유형의 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이에서의 예시적 픽셀을 예시한다.
도 4는 일렉트로웨팅 유체층과 후방 전극 간에 전압이 인가되고, 하부 일렉트로웨팅 유체층이 각 픽셀에서 일 측으로 가압되어(pushed), 장치를 투과형 모드로 전환시키는 도 2의 실시예에 따른 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이에서의 3개의 픽셀을 도시한다. 전압은 또한 일렉트로웨팅 유체층과, 패터닝된 전방 전극 중 몇 개 사이에도 인가되어, 각 픽셀 내의 상부 일렉트로웨팅 유체층(12)은 화상 내의 소정의 백색 픽셀을 생성하도록 일 측으로 선택적으로 가압된다.
도 5는 본 발명의 컬러형의 색 필터에 대한 예시적 위치를 도시한다: 명확함을 위해 상부 기판만이 도시되어 있다.
도 6은 본 발명에 따른 디스플레이를 병합하고 있는 디스플레이 시스템을 도시한다.

본 발명은 일렉트로웨팅 수단을 통해 투과형 또는 반사형 간에 전환될 수 있는 디스플레이에 관한 것이다. 전환 가능한 반사기는, 디스플레이의 화상을 생성하는 제2 일렉트로웨팅 층과 동일한 일렉트로웨팅 셀 내에 있으므로, 패럴랙스를 피할 수 있다. 휴대용 전화 등의 장치에 병합될 때, 투과형 모드와 반사형 모드 간의 전환은 주변광 센서의 사용에 의해 자동으로 행해지거나, 또는 사용자에 의해 수동으로 행해질 수 있다(또는 이들 양자에 의해 행해질 수 있다). 전환 가능한 반사기는 또한 디스플레이가 보다 전통적인 반투과형 모드로 동작하도록 각 픽셀에 걸쳐 부분적으로 전환되도록 될 수도 있다. 디스플레이는 또한 디스플레이의 소정 부분이 투과시에 작동하고 소정 부분은 반사 시에 작동하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이는 전력을 절약하기 위해 디스플레이가 반사 모드에 있을 때 오프로 전환될 수 있는 백라이트를 포함한다. 착색된 화상을 생성하도록 픽셀 위에 색 필터(예를 들어, 적색, 녹색 및 청색)가 존재할 수 있다.

전환 가능한 반사기의 중요한 양태는 디스플레이의 화상 형성부(즉, 픽셀)의 바로 뒤, 또는 매우 가까운 곳에 존재하도록 디스플레이에 병합될 수 있다는 점이다. 이는 디스플레이에서의 패럴랙스 영향을 회피하기 위한 것이다. 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 반사기(18)가 픽셀(19)로부터 멀리 있다면, 제1 픽셀(19a)을 통해 디스플레이에 대한 법선(normal)에 대해 소정의 각도 이상으로 상기 디스플레이에 입사하는 광(20a)은 다시 인접 픽셀(19b)을 통과하여 반사될 것이다. 따라서 특정 지점에서 디스플레이로부터 나오는 광은 양 픽셀(19a 및 19b)로부터의 정보를 포함할 수 있어, 픽셀 간의 크로스토크(crosstalk)를 발생시키게 된다. 이는 물론 픽셀들 자체가 투과성이고, 디스플레이를 반사성이 되도록 하는 것은 단지 반사기라는 것을 상정하고 있다. 그러나, 이는 전환 가능한 투과형/반사형 디스플레이의 경우 필수 조건인 것 같다. 그러나, 반사기(18)가 픽셀들에 인접해 있다면(도 1의 (b)), 패럴랙스 영향이 회피된다.

이상적인 상황은 사실상 전환 가능한 반사기가 실제로 픽셀 자체의 내부에 있다는 것, 종종 "셀내(in-cell)"로 언급되는 상황이다. 이러한 개념에 매우 적합한 디스플레이 기술은 일렉트로웨팅 기술이다. 일렉트로웨팅 디스플레이는 전환 가능한 투과성/반사성 기능을 가짐으로써 추가적인 휘도(extra brightness)를 예상하지 않더라도 LCDs를 능가할 잠재력을 갖는 매우 전도 유망한 신흥 기술이다. 본 발명에 따르면, 단일 셀 내에서 2개의 광학적 전환을 생성하는 것이 가능하다. 상부의 것은 화상을 생성하는데 사용될 수 있고, 하부의 것은 전환 가능한 반사기를 제조하는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 디스플레이의 양호한 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 디스플레이는, 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 2개의 투명 기판(1a 및 1b) 사이에 수용되어 있다. 이들 2개의 기판 모두에는 도전성 후방 또는 전방 투명 전극층(2 및 3)이 각각 배치되어 있는데, 이들은 후방 및 전방 일렉트로웨팅 전환 가능 요소를 각각 제어하는데 사용될 것이다. 전방 일렉트로웨팅 층은 디스플레이의 화상을 생성하는데 사용되므로, 전방 투명 전극층(3), 또는 제1 전극은 화상을 생성하기 위해 반드시, 상이한 픽셀에 상이한 전압이 인가될 수 있도록 패터닝된다. 따라서 개별 픽셀 전극(3a, 3b, 3c, 등)은 박막 트랜지스터(4)에 연결될 수 있다. 박막 트랜지스터는 흑색 재료(5)로 가려질(masked) 수 있는데, 그렇지 않으면 이로부터 반사되는 주변광이 디스플레이의 콘트라스트를 열화시킬 수 있다. 박막 트랜지스터(4)를 디스플레이의 다른 부분에 대해 위치 설정하는 것은 일반적으로 디스플레이의 광학적 성능을 최적화하는 방식으로 행해질 것이다. 예를 들어, 트랜지스터(4)는 종종 디스플레이의 개구율을 가능한 한 적게 감소시키기 위해, 인접하는 픽셀 사이의 벽(wall)(예를 들어, 분리벽(8, 9 및 10)) 위에 수직으로 위치될 것이다.

후방 투명 전극층(2), 또는 제2 전극은 디스플레이 내의 전환 가능한 반사기를 제어하는데 사용될 것이므로 패터닝될 필요는 없고, 이는 일반적으로 디스플레이가 완전 투과형 모드이거나 또는 완전 반사형 모드이어야 하는 경우일 것이다. 그러나, 후방 반사기의 전환이 픽셀 처리(pixelated)될 필요가 있다면, 후방 투명 전극층(2)을 패터닝하고, 그 층의 각 영역을 독립적으로 구동하는 소정의 수단을 제공하는 것이 또한 필요할 것이다. 독립된 영역이 디스플레이에 걸쳐 상대적으로 거의 없다면, 이는 액티브-매트릭스 제어를 반드시 필요로 하지는 않지만, 영역의 개수가 매우 많거나(numerous) 또는 심지어 픽셀당 하나라면, 전방 개별 픽셀 전극(3a, 3b, 3c, 등)에 대해 박막 트랜지스터(도 2에 도시되지 않음)가 필요할 것이다.

양 투명 전극층(2 및 3) 상에는 선택적인 유전체층(6) 및 소수성층(hydrophobic layer)(7)이 성막되어 있다(deposited). 선택적인 유전체층(6)(예를 들어, 하부 유전체층(6a) 및 상부 유전체층(6b))은 디스플레이의 외측 전극(즉, 후방 및 전방 투명 전극층(2 및 3) 각각)과 (아래에서 설명되는) 내측 또는 공통 제3 전극(13) 사이의 절연체로서 역할을 한다. 예를 들어, 유전체층(6)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 패럴린(Parylene) 등의 고-절연성 및 비-통기성 재료로 이루어진다. 고 유전율(dielectric permittivity)은 요구되는 구동 전압을 저하시키는데 유리하므로, 알루미늄 산화물, 하프늄 산화물 또는 티탄산바륨 등의 재료가 또한 적합하다. 유전체층(6)의 두께는 또한 요구되는 구동 전압에 영향을 주므로, 가능한 한 낮게 유지된다: 여기에서 언급되는 모든 유전체 재료에 대해서는 아니지만, 많은 경우 유전체층(6)의 두께는 1㎛보다 작을 것이다.

소수성층(7)은 또한 얇은 절연층이고, 일반적으로 Teflon, Cytop 또는 패럴린으로 이루어진 상업적으로 이용 가능한 재료일 것이다. 디스플레이의 픽셀을 분리하는 것은 픽셀 분리벽(8 및 9)이다. 픽셀 분리벽의 목적은 특정 픽셀에 속하는 일렉트로웨팅 유체가 인접 픽셀로 누설되는 것을 방지하는 것이다. 픽셀 분리벽의 표면은 구동 및 비구동 상태 모두에서 일렉트로웨팅 유체의 배치(arrangement)에 영향을 주도록 표면층(도시되지 않음)으로 코팅될 수도 있다. 예를 들어, 픽셀 분리벽 상에 패터닝된 친수성층을 사용함으로써, 구동 전압이 인가될 때 일렉트로웨팅 유체 운동(motion)의 방향에 영향을 줄 수 있다. 픽셀 분리벽(8 및 9)은, 대향 기판(1a, 1b) 상에 위치되고 물리적으로 접촉하지 않는 격리된 요소들일 수 있다. 대안적으로, 사실상, 하나의 기판(1a)으로부터 다른 기판(1b)으로 연장하여 셀 스페이서로서도 역할을 하는 픽셀 사이의 단일의 픽셀 분리벽(10)일 수 있다.

기판(1a, 1b) 사이에서 각 픽셀 내에는 일렉트로웨팅 유체(11)(제1 일렉트로웨팅 유체), 일렉트로웨팅 유체(12)(제2 일렉트로웨팅 유체), 일렉트로웨팅 유체(13)(제3 일렉트로웨팅 유체)가 위치된다. 유체(11 및 12)는 오일 기반 유체이고, 물 기반 유체인 유체(13)와 혼합되지 않는다. 그러나, 각 유체(11 및 12)는 서로 혼합될 수 있다. 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 유체(11 및 12)는 각각 제1 및 제2 전환 가능 일렉트로웨팅 층을 형성한다.

보다 구체적으로, 유체(11)는 디스플레이의 전환 가능 반사기 부분을 나타내는 전환 가능 일렉트로웨팅 층의 부분을 형성한다. 일렉트로웨팅 층은 반사형 모드와 비반사형 모드 간에 전환 가능하다. 비반사형 모드에서, 유체(11)는 반사형 모드에서 분포되어(distributed) 있는 유체(11)보다 덜 반사형이 되도록 픽셀 내에 분포되어 있다. 유체(11)로 사용하기에 적합한 반사형 오일은 금속 입자 또는 나노입자 등의 산란형 또는 반사형 입자, 또는 이산화티탄 등의 산란형 유전체 입자를 도데칸 등의 투명 오일에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 이산화티탄 입자는, 가시광의 파장보다 작을 때(예를 들어, ~ 200nm), 그 높은 굴절율(2.5-3)로 인해 가시광의 매우 효율적인 산란체(scatterers)이고, 백색 페인트 및 플라스틱에 대한 안료(pigment)로서 일반적으로 사용된다. Borchers로부터의 Borchi Gen 911 등의 분산제(dispersing agent)를 사용함으로써, 도데칸(dodecane) 등의 오일에 이산화티탄 입자를 분산시키는 것이 가능하다. 이산화티탄 입자는 오랜 시간 동안 도데칸에 분산된 상태로 유지되고, 인접하는 물 기반 일렉트로웨팅 유체(13)에 분산되지 않는다. 비구동 상태(전압이 인가되지 않음)에서 소정 픽셀 내의 유체(11)의 두께는, 이상적으로는 디스플레이의 상단(top)으로부터의 입사광(14)에 대해 불투과성(opaque)이 되기에 충분해야 하므로, 효율적인 반사기이어야 한다.

서스펜션(suspension)에서의 이산화티탄 입자를 갖는 두꺼운 도데칸 층으로부터 달성 가능한 반사력(reflectiviy)은 표준 백지의 반사력을 쉽게 초과할 수 있다. 그러나, 다른 이유(예를 들어, 전체 장치 두께 또는 속도)에 의해 유체(11)의 층을 보다 얇게 할 필요가 있다면, 디스플레이가 반사형 모드일 때 반사력이 약간 더 낮게 된다는 것이 발생되는 전부이다: 투과형 모드는 영향을 받지 않을 것이다.

유체(12)는 전환 가능 반사기와 광학적 정렬된 전환 가능 일렉트로웨팅 층의 일부를 형성하고, 디스플레이의 화상 형성부를 나타낸다. 대부분의 경우, 유체(12)는 최대 흡수력을 제공하도록 흑색일 것이다. 적합한 유체(12)는 마찬가지로 무극성의 흑색 염료(dye)가 용해되어 있는 도데칸 등의 오일일 것이다. 양호한 콘트라스트비를 갖는 양호한 품질의 화상을 제공하기 위해, 비구동 상태의 유체(12)의 층의 두께는 이상적으로는 입사 가시광(14) 모두를 흡수하기에 충분해야 한다. 그러나, 다른 이유(예를 들어, 전체 장치 두께 또는 속도)에 의해 유체 층(12)을 보다 얇게 할 필요가 있다면, 이는 화상의 어두운 부분에서 (디스플레이가 어떠한 모드에 있는지에 따라) 투과되거나 또는 반사되는 광의 양을 단순히 증가시킬 것이므로, 디스플레이의 콘트라스트비를 저하시킬 것이다. 이는 투과형 모드에서는, 광이 유체(12)를 한 번만 통과할 때가, 반사형 모드일 경우의 두 번에 비해 더욱 심각하다.

유체(13)는 도전성 물 기반 유체, 예를 들어, 물, 또는 물과 에틸-알콜의 혼합물이다. 예시적인 실시예에서, 유체(13)는 광학적으로 투과성이고, 양호하게는 투명하다. 상술된 바와 같이, 유체(13)는 장치용 제3 전극으로서도 역할을 하므로, 제어 회로에 연결되어야 한다. 왜냐하면 소수성층(7)에 대한 유체(11 및 12) 각각의 형상 및 위치의 변화, 즉, 일렉트로웨팅 효과를 달성하는 것은 유체(13)와 후방 또는 전방 투명 전극층(2 또는 3) 간의 전압차때문이다. 이를 행하는 간단한 방법은, 본 발명에 따른 유일한 디스플레이 구동 방법인 것은 아니지만, 투명 전극층(2 및 3)에 대한 공통 접지 전극으로서 기능하도록 유체(13)를 전기적 접지에 연결시키고, 투명 전극층(2 및 3)에 신호 전압을 선택적으로 인가하는 것이다. 구동 방법이 무엇이든, 디스플레이의 외부 회로로부터 유체(13)로 전기적 연결을 행할 필요가 있다. 이를 행하는 방법이 도 3에서, 하부 기판(1a)을 통해 접지가 행해지는 경우에 대해(상부 기판(1b)을 통해서도 마찬가지로 잘 행해질 수 있음) 도시되어 있다. 소정 픽셀 내에서 투명 전극층(2) 아래에는 절연 유전체층(15) 및 투명 접지 전극(16)이 제공된다. 투명 전극(16)은, 유체(13)를 접지 전극(16)의 편평부와 연결하는 작은 필러(pillar)(16a) 외에는 편평하며, 이는 전체 디스플레이에 공통된다. 유전체층(15 및 6), 투명 전극층(2) 및 소수성층(7)은 반드시 도전성 필러(16a)를 수용하도록 패터닝되지만, 그럼에도 불구하고 전극층(2)은 디스플레이의 모든 픽셀에 공통될 수 있다. 유체(13)가 디스플레이 장치에 걸쳐 단일의 연결된 저장부(reservoir)를 형성한다면(픽셀 분리벽(10)보다는 픽셀 분리벽(8, 9)이 사용되거나, 또는 유체(13)가 하나의 연속되는 저장부에 있는 것을 허용하도록 픽셀 분리벽(10)이 픽셀의 소정의 위치에 구멍을 구비하는 경우임), 유체(13)에 단일의 접지 연결을 행하는 것으로 충분한데, 즉, 확실히 하나보다 많은 접지 연결이 유사한 방법으로 형성될 수는 있지만, 전체 디스플레이에 대해 하나의 필러(16a)만이 있으면 된다. 그러나, 각 픽셀 내의 모든 유체(유체(13) 포함)가 픽셀 분리벽(10)에 의해 완전히 서로 분리된다면, 각 픽셀 내에서 유체(13)를 접지시키는 것이 필요하게 되는데, 즉, 픽셀마다 하나의 필러(16a)가 존재할 것이다.

도 2는 일렉트로웨팅 유체(11, 12 및 13)를 그 평형 위치로부터 이동시키도록 구동 전압이 인가되지 않을 때의 장치를 도시한다. 도 4는 구동된 장치의 예를 도시한다. 예를 들어, 유체(13)와 후방 투명 전극층(2) 사이에 전압이 인가될 때, 유체(13)는 하부 소수성층(7a)을 적시는(wet) 그러한 방식으로 이동하여, 유체(11)를 측면으로, 픽셀 분리벽(들)(8 및/또는 10)에 대항하여 위로 가압한다. 유체(12)에 대한 유사한 효과가, 움직임(movement)이 다른 목적으로 사용되는 것을 제외하고, 유체(13)와 전방 전극층(3) 사이에 전압을 인가함으로써 달성된다.

즉, 유체(11)는 반사형 모드(0V)로부터 투과형 모드(전압 온)로의 전환을 위해 (대부분의 적용에서 디스플레이의 각 픽셀에서 동일하게) 이동될 것이다. 그러나, 유체(12)는 도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이 상에 화상을 생성하기 위해 (일반적으로) 상이한 픽셀에서 상이한 양만큼 이동될 것이다. 예를 들어, 도 4는 양 단부의 2개의 백색 픽셀 및 중앙의 하나의 흑색 픽셀을 도시한다. 지금까지 설명된 바와 같이, 디스플레이는 모노크롬(monochrome)인데, 즉, 흑색 또는 백색 픽셀을 표시할 수 있다. 그레이스케일(greyscale)을 생성하는 일 방법은 픽셀 전극(3a, 3b, 3c, 등)에 인가되는 전압을, 완전한 흑색(0V)과 완전한 백색에 요구되는 것들의 중간이 되도록 제어하는 것이다. 대안으로서, 유체(12)를 흑색(0V)과 백색(전압 온) 위치 간에 신속하게 전환시키도록 시간 디더(temporal dither)를 사용하여, 흑색과 백색의 2개의 극단 사이의 중간인 평균 휘도를 감지하도록 사람의 눈의 한정된(finite) 응답 속도에 의존하는 것이다. 착색된 화상은 색 필터(17r, 17g 및 17b)를 일렉트로웨팅 요소 위에 추가함으로써 생성될 수 있다. 원칙적으로 이들은 유체 위의 어디든 위치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 실제로 이들을 배치할 가장 적당한(sensible) 위치는 픽셀 전극(3a, 3b, 3c, 등)의 아래 및 소수성층(7b)의 위일 것 같다: 이들은 유전체층(6b)의 어느 측이든 갈 수 있거나 또는 그 일부를 형성할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 디스플레이(53)를 병합하는 디스플레이 시스템(50)을 도시하고 있다. 디스플레이(53)는 도 2 내지 도 5와 관련하여 위에서 설명된 본 발명의 임의의 실시예에 따른 디스플레이일 수 있다. 디스플레이 시스템(50)은 휴대 전화, 미디어 플레이어, 휴대용 컴퓨터, 개인용 정리 수첩(personal organizers) 등과 같은 다양한 휴대용 장치에 포함될 수 있다. 또한, 디스플레이 시스템(50)은 평판 패널 텔레비전, 모니터 등의 디스플레이를 병합하는 다양한 다른 유형의 장치에 사용될 수도 있다.

디스플레이 시스템(50)은 형광 전구, 발광 다이오드(LED) 어레이 등과 같은 광원을 병합하는 백라이트(55)를 포함한다. 백라이트(55)로부터의 광은 디스플레이(53)의 하부 투명 기판(1a)에 입사된다(예를 들어, 도 2 참조). 정면광(14)(예를 들어, 주변광)은 도 2에 예시된 바와 같이 디스플레이(53)의 상부 투명 기판(1b)에 입사된다.

디스플레이 시스템(50) 내에는, 디스플레이(53)에 적절한 제어 및 화상 데이터를 제공하기 위한 제어기(56)도 포함된다. 예를 들어, 제어기(56)는 후방 투명 전극층(2) 및 전기적 도전성 유체(13)를 통해 유체(11)를 가로질러 제로 전압을 인가함으로써 디스플레이(53)로 하여금 반사형 모드로 동작하게 한다(도 2 참조). 이 때, 제어기(56)는 전력 소비를 감소시키도록 백라이트(55)를 턴오프한다. 대안적으로, 제어기(56)는 후방 투명 전극층(2) 및 전기적 도전성 유체(13)를 통해 유체(11)를 가로질러 비-제로 전압을 인가함으로써 디스플레이(53)로 하여금 투과형 모드로 동작하게 한다(도 3 참조). 투과형 모드에서, 제어기(56)는 디스플레이(53)에 백라이팅을 제공하도록 백라이트(55)를 턴온한다. 이미 아는 바와 같이, 제어기(56)는 사용자 입력, 주변광 센서, 이들의 조합 등에 기초하여 반사형 모드와 투과형 모드 간에 전환이 이루어지도록 구성될 수 있다.

조합된 투과형/반사형 모드에서, 제어기(56)는 투과형 모드가 되도록 후방 투명 전극층(2)(적절하게 패터닝됨)의 선택된 부분에 구동 전압을 제공하고, 반사형 모드가 되도록 다른 부분에 비구동 전압을 제공하도록 구성된다. 이러한 경우, 제어기(56)는 투과형 모드를 위해 백라이트(55)로 하여금 온이 되게 한다. 다른 실시예에서, 제어기(56)는 중간 전압을 인가함으로써, 완전 투과형과 완전 반사형 사이의 중간 상태를 포함하도록 유체(11)의 반사력을 제어할 수 있다.

투과형 모드 및 반사형 모드 모두에서, 제어기(56)는 전방 투명 전극층(3)(예를 들어, 3a, 3b, 3c, 등)과 전기적 도전성 유체(13)를 통해 유체(12)를 가로질러, 각 픽셀에 대해, 구동 전압을 선택적으로 제공하도록 구성된다. 상술된 바와 같이, 특정 픽셀에 제공되는 특정 전압은 디스플레이(53)를 통해 표시되는 화상 데이터에 기초한다. 액티브 매트릭스 디스플레이에서 각 픽셀에 화상 데이터 전압을 제공하기 위한 적합한 회로는 잘 알려져 있으므로, 간략화를 위해 추가 상세는 본 명세서에서 생략된다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제1 일렉트로웨팅 층은 상기 반사형 모드와 투과형 모드 간에 전환 가능하다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제1 일렉트로웨팅 층은 제1 일렉트로웨팅 유체를 포함하고, 상기 제2 일렉트로웨팅 층은 제2 일렉트로웨팅 유체를 포함하고, 상기 일렉트로웨팅 디스플레이는, 상기 제1 일렉트로웨팅 유체와 상기 제2 일렉트로웨팅 유체 사이에 개재된 제3 일렉트로웨팅 유체 - 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 상기 제1 일렉트로웨팅 유체 및 상기 제2 일렉트로웨팅 유체와 혼합되지 않음 - 를 더 포함한다.

본 발명의 소정 실시예에서, 일렉트로웨팅 디스플레이는 후방 투명 전극 및 전방 투명 전극을 더 포함하고, 상기 제1 일렉트로웨팅 유체는 상기 후방 투명 전극과 상기 제3 일렉트로웨팅 유체 사이에 개재되고, 상기 제2 일렉트로웨팅 유체는 상기 전방 투명 전극과 상기 제3 일렉트로웨팅 유체 사이에 개재된다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 전기적 도전성 유체이고, 상기 전방 투명 전극과 상기 후방 투명 전극 사이의 공통 전극으로서 기능한다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 전방 투명 전극은 상기 제2 일렉트로웨팅 층 내에 복수의 픽셀을 한정하도록 패터닝된다.

본 발명의 소정 실시예에서, 일렉트로웨팅 디스플레이는 상기 제1 일렉트로웨팅 층과 상기 제2 일렉트로웨팅 층이 개재되어 있는 상부 기판 및 하부 기판을 포함하고, 인접 픽셀들은, 소정 픽셀 내의 상기 제1 일렉트로웨팅 유체 및 상기 제2 일렉트로웨팅 유체가 인접 픽셀 내로 누설되는 것을 방지하는, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에서 적어도 부분적으로 연장되는 픽셀 분리벽들에 의해 분리된다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 픽셀 분리벽들 중 적어도 일부는, 셀 스페이서로서도 기능하도록 상기 상부 기판과 하부 기판 사이에서 완전히 연장된다.

본 발명의 소정 실시예에서, 일렉트로웨팅 디스플레이는 상기 전방 투명 전극이 형성되어 있는 상부 기판 및 상기 후방 투명 전극이 형성되어 있는 하부 기판, 및 상기 전방 투명 전극 및 상기 후방 투명 전극 상에 각각 형성되어 있는 소수성층을 포함하고, 상기 전방 투명 전극 상에 형성된 상기 소수성층은 상기 제2 일렉트로웨팅 유체와 표면 접촉하고, 상기 후방 투명 전극 상에 형성된 상기 소수성층은 상기 제1 일렉트로웨팅 유체와 표면 접촉한다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제1 일렉트로웨팅 유체는 반사성 유체이다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제2 일렉트로웨팅 유체는 흑색 유체이다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 투과성이다.

본 발명의 소정 실시예에서, 상기 제1 일렉트로웨팅 유체 및 상기 제2 일렉트로웨팅 유체는 오일 기반이고, 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 물 기반이다.

본 발명은 소정의 양호한 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서를 읽고 이해한다면 당업자라면 균등물 및 변형을 행할 수 있다는 것은 명백하다. 본 발명은 이러한 모든 균등물 및 변형을 포함하고, 이하의 청구범위에 의해서만 한정된다.

투과성 모드와 반사성 모드 간에 전환 가능한 일렉트로웨팅 디스플레이 장치가 제공된다. 디스플레이는 휴대 전화, 미디어 플레이어, 휴대용 컴퓨터, 개인용 정리 수첩 등과 같은 휴대용 장치에 사용될 수 있다. 또한, 디스플레이 장치는 평판 패널 텔레비전, 모니터 등의 디스플레이를 병합하는 다양한 다른 유형의 장치에 사용될 수도 있다.

1a: 하부 투명 기판
1b: 상부 투명 기판
2: 후방 투명 전극
3: 전방 투명 전극
3a: 전방 픽셀 전극
3b: 다른 전방 픽셀 전극
3c: 또 다른 전방 픽셀 전극
4: 박막 트랜지스터
5: 흑색 마스크 재료
6a: 하부 유전체층
6b: 상부 유전체층
7a: 하부 소수성층
7b: 상부 소수성층
8: 하부 픽셀 분리벽
9: 상부 분리벽
10: 셀 스페이서로서도 역할을 하는 픽셀 세퍼레이터
11: 제1 오일 기반 일렉트로웨팅 유체
12: 제2 오일 기반 일렉트로웨팅 유체
13: 물 기반 일렉트로웨팅 유체
14: 입사광
15: 다른 하부 유전체층
16: 투명 접지 전극
16a: 접지 전극과 일렉트로웨팅 유체 사이의 커넥터
17r: 적색 필터
17g: 녹색 필터
17b: 청색 필터
18: 반사기
19a: 제1 픽셀
19b: 제2 픽셀
20a: 입사광
50: 디스플레이 시스템
53: 디스플레이
55: 백라이트

Claims

이중층 일렉트로웨팅 디스플레이로서,
반사형 모드와 비-반사형 모드 간에 전환 가능한 제1 일렉트로웨팅 층과,
상기 제1 일렉트로웨팅 층에 인접하고, 화상을 생성하도록 전환 가능한 복수의 픽셀을 포함하는 제2 일렉트로웨팅 층을 포함하는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제1항에 있어서,
상기 제1 일렉트로웨팅 층은 상기 반사형 모드와 투과형 모드 간에 전환 가능한, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 일렉트로웨팅 층은 제1 일렉트로웨팅 유체를 포함하고, 상기 제2 일렉트로웨팅 층은 제2 일렉트로웨팅 유체를 포함하고, 상기 일렉트로웨팅 디스플레이는, 상기 제1 일렉트로웨팅 유체와 상기 제2 일렉트로웨팅 유체 사이에 개재된 제3 일렉트로웨팅 유체 - 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 상기 제1 일렉트로웨팅 유체 및 상기 제2 일렉트로웨팅 유체와 혼합되지 않음 - 를 더 포함하는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제3항에 있어서,
후방 투명 전극 및 전방 투명 전극을 더 포함하고, 상기 제1 일렉트로웨팅 유체는 상기 후방 투명 전극과 상기 제3 일렉트로웨팅 유체 사이에 개재되고, 상기 제2 일렉트로웨팅 유체는 상기 전방 투명 전극과 상기 제3 일렉트로웨팅 유체 사이에 개재되는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제4항에 있어서, 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 전기적 도전성 유체이고, 상기 전방 투명 전극과 상기 후방 투명 전극 사이의 공통 전극으로서 기능하는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 전방 투명 전극은 상기 제2 일렉트로웨팅 층 내에 복수의 픽셀을 한정하도록 패터닝되는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 일렉트로웨팅 층과 상기 제2 일렉트로웨팅 층이 개재되어 있는 상부 기판 및 하부 기판을 포함하고, 인접 픽셀들은, 소정 픽셀 내의 상기 제1 일렉트로웨팅 유체 및 상기 제2 일렉트로웨팅 유체가 상기 인접 픽셀 내로 누설되는 것을 방지하는, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에서 적어도 부분적으로 연장되는 픽셀 분리벽들에 의해 분리되는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제7항에 있어서, 상기 픽셀 분리벽들 중 적어도 일부는, 셀 스페이서로서도 기능하도록 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에서 완전히 연장되는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전방 투명 전극이 형성되어 있는 상부 기판 및 상기 후방 투명 전극이 형성되어 있는 하부 기판, 및 상기 전방 투명 전극 및 상기 후방 투명 전극 상에 각각 형성되어 있는 소수성층을 포함하고, 상기 전방 투명 전극 상에 형성된 상기 소수성층은 상기 제2 일렉트로웨팅 유체와 표면 접촉하고, 상기 후방 투명 전극 상에 형성된 상기 소수성층은 상기 제1 일렉트로웨팅 유체와 표면 접촉하는, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 일렉트로웨팅 유체는 반사성 유체인, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 일렉트로웨팅 유체는 흑색 유체인, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 투과성인, 일렉트로웨팅 디스플레이.
제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 일렉트로웨팅 유체 및 상기 제2 일렉트로웨팅 유체는 오일 기반이고, 상기 제3 일렉트로웨팅 유체는 물 기반인, 일렉트로웨팅 디스플레이.
디스플레이 시스템으로서,
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이와,
상기 제2 일렉트로웨팅 층 측에 대향하는 측의 상기 제1 일렉트로웨팅 층에 인접하는 백라이트와,
상기 백라이트의 출력의 제어와 관련하여 상기 제1 일렉트로웨팅 층을 상기 반사형 모드와 상기 비-반사형 모드 간에 선택적으로 전환시키는 제어기를 포함하는, 디스플레이 시스템.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이의 동작 방법으로서,
화상을 생성하도록 상기 제2 일렉트로웨팅 층 내의 픽셀을 전환시키는 단계와,
반사형 모드, 투과형 모드 및 반투과형(transflective) 모드 중에 포함되는 적어도 2개의 표시 모드에서 상기 화상을 제어 가능하게 제시(present)하도록 상기 제1 일렉트로웨팅 층을 상기 반사형 모드와 상기 비-반사형 모드 간에 선택적으로 전환시키는 단계를 포함하는, 이중층 일렉트로웨팅 디스플레이의 동작 방법.