WO2012128408A1 - 광결정 구조를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

광결정 구조를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2012128408A1
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photonic crystal
electrophoretic particles
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electrophoretic
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김한준
지창훈
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(주)바이오제닉스
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Definitions

  • the present invention relates to display technology, and more particularly, to a display device including a photonic crystal structure.
  • next-generation display devices are required to have low power driving and large area, and to have flexibility.
  • a display device using a photonic crystal structure is attracting attention.
  • the display device using the photonic crystal structure has not only improved light efficiency but also high color saturation compared to a display using a transmissive type color filter.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a display device that is excellent in color expression power and contrast ratio, and capable of low power driving by utilizing the optical advantages of the photonic crystal structure.
  • a display apparatus including: a light conversion layer including a plurality of pixel regions having a photonic crystal structure displaying color; And an electrophoretic array layer having a plurality of electrophoretic cells stacked on the photoconversion layer to provide a display surface.
  • Each of the plurality of electrophoretic cells is at least partially adapted to provide an optical path for incident light transmitted to the photonic crystal structure of any one of the plurality of pixel regions and the reflected light reflected from the photonic crystal structure.
  • the cavity includes a partition, microcapsule or microcup structure.
  • the color of the photonic crystal structure may be any one of red, green, blue, cyan, magenta, and yellow.
  • the display device may further include a backlight for exciting the photonic crystal structure or providing light to the electrophoretic array layer through the photonic crystal structure.
  • the backlight unit may be disposed in a direct type or an edge type.
  • the electrophoretic particles may include any one or both of white electrophoretic particles and black electrophoretic particles.
  • the display device may display white information by the white electrophoretic particles.
  • the display device may display color information by operating the photoconversion layer and the electrophoretic array layer together when driving the color display mode, and independently operate the electrophoretic array layer independently when the monochrome display mode is driven. Can be.
  • the electrodes may include a first electrode offset on an optical path below the cavity and a second electrode spaced apart from the first electrode and overlapping the photonic crystal structure, wherein the electrophoretic particles are driven when the display device is driven. As the light is collected on the first electrode, the optical path is opened, and the electrophoretic particles are dispersed on the second electrode to shield the optical path.
  • the electrodes include a first electrode disposed on the optical path above the cavity and a second electrode disposed on the bottom of the cavity and offset on the optical path, wherein the display device is driven.
  • the electrophoretic particles are dispersed on the first electrode, information of the electrophoretic particles may be displayed, and the colors of the photonic crystal structure may be displayed by collecting the electrophoretic particles on the second electrode.
  • the electrophoretic particles comprise white electrophoretic particles and black electrophoretic particles having a different electrophoretic mobility than the white electrophoretic particles, wherein the electrodes are on an optical path above the cavity.
  • a first electrode disposed;
  • a second electrode disposed on the bottom of the cavity and offset on the optical path;
  • a third electrode spaced apart from the same plane as the second electrode.
  • the display apparatus when the display apparatus is driven, information of the electrophoretic particles is displayed by dispersing any one kind of particles of the electrophoretic particles on the first electrode, and the electrophoretic particles are the second electrode.
  • the color of the photonic crystal structure can be displayed by collecting on both the and third electrodes.
  • the second electrode and the third electrode may be spaced apart from each other with the photonic crystal structure interposed therebetween.
  • the third electrode is opposite the first electrode and the photonic crystal structure. It may be extended to overlap with.
  • the electrophoretic particles comprise white electrophoretic particles and black electrophoretic particles having a different electrophoretic mobility than the white electrophoretic particles, wherein the electrodes are on an optical path above the cavity.
  • a first electrode disposed;
  • a second electrode spaced apart on the same plane as the first electrode and offset on the optical path;
  • the electrodes may further include a fourth electrode spaced apart from the third electrode with the photonic crystal structure therebetween.
  • the first electrode may be a common electrode of adjacent electrophoretic cells.
  • the display device may further include a black matrix opening an optical path on the cavity, wherein the black matrix may define a particle storage region in which the electrophoretic particles are collected.
  • the photonic crystal structure may be passive, active, or a combination thereof.
  • a display device includes an electrophoretic array layer stacked on a photoconversion layer having a photonic crystal structure for displaying color, thereby taking advantage of the optical advantages of the photonic crystal structure to display excellent color expression and contrast ratio.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • 2A-2D are images illustrating photonic crystal structures, each having a three-dimensional period.
  • 3A and 3B are cross-sectional views of display apparatuses according to other exemplary embodiments.
  • 4A to 4B are conceptual views illustrating the color band change of the photonic crystal structure by adjusting the optical band gap by controlling the microstructure of the photonic crystal structure.
  • 5A through 5D are cross-sectional views illustrating display apparatuses according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a display device according to still another embodiment of the present invention.
  • the terms “on” or “up” as used herein include not only directly above, but also in the case where other layers are interposed therebetween unless otherwise specified.
  • the terms “below” or “below” include not only directly below unless otherwise indicated, but also when other layers are interposed therebetween.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers, and / or parts, these members, parts, regions, layers, and / or parts are defined by these terms. It is obvious that not. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Thus, the first member, part, region, layer or portion, which will be discussed below, may refer to the second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.
  • photonic crystals have a dielectric structure that prevents photons of a certain frequency from propagating in a specific direction by having a hotonic band gap (PBG) due to the presence of a spatially periodic grating or crystal.
  • PBG hotonic band gap
  • the optical band gap may be controlled by not only the physical properties of the photonic crystal but also the geometrical shape of the pattern.
  • the optical bandgap may be controlled by changing the grating structure of the photonic crystal, the size of the unit grating, and the refractive index difference of the material.
  • a "photonic crystal structure” refers to a passive material that maintains a defined optical bandgap, and that the optical bandgap can be freely adjusted through a change in the refractive index difference between the lattice structure, the size of the unit lattice, or the constituent material. It includes all active materials (or tunable photonic crystals). If necessary, any one of the point defects, line defects, or volume defects present in the photonic crystal structure, or a combination thereof, may be controlled so that other optical conversion characteristics such as reflectance along with the optical band gap are obtained. You can also adjust
  • the photonic crystal structure may have a one, two or three-dimensional periodic structure, the present invention is not limited thereto.
  • the one-dimensional periodic structure means a structure having a symmetrical change in one dimension.
  • uniform planes parallel to each other have a one-dimensional periodic structure because they only change in a direction perpendicular to the planes.
  • the two-dimensional periodic structure refers to a structure having a symmetrical change in two dimensions.
  • a structure comprising a plurality of parallel rods, tubes or fibers has a two-dimensional periodic structure because it has a variation in two dimensions perpendicular to the axial direction of the rods, tubes or fibers. .
  • the three-dimensional periodic structure refers to a structure having a symmetrical change in all three dimensions of the structure.
  • This periodic structure is characterized by photolithography and reactive ion etching thereof, colloidal dispersion of particles, self-assembly, holographic processes using laser beams, polymers or polymers using photosensitive polymers, using two or more materials having different refractive indices or dielectric constants. It can be formed by a variety of known methods such as dispersed liquid crystal (H-PLDCs), by which the present invention is not limited.
  • H-PLDCs dispersed liquid crystal
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a display apparatus 100 according to an exemplary embodiment.
  • the display apparatus 100 includes a light conversion layer 10 including a plurality of pixel regions PX1, PX2, and PX3 having photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B for displaying color, and And an electrophoretic array layer 20 stacked on the light conversion layer 20 to provide a display surface VP.
  • the light conversion layer 10 serves to output the converted reflected light (I R , I G , I B ) by adjusting the frequency and wavelength of the light (I) incident from the surroundings. Is achieved by the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B in the layer 10. In addition, the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B may have different colors to define the plurality of pixel regions PX1, PX2, and PX3.
  • each of the pixel areas PX1, PX2, and PX3 are subpixels, and when these subpixels gather to form one color pixel PX, each subpixel area (
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B of PX1, PX2, and PX3 can provide different optical bandgaps that can reflect light in the red (R), green (G), and blue (B) bands, respectively. have.
  • the photonic crystal structure of each subpixel region may have magenta, cyan and yellow. These colors are exemplary and the photonic crystal structure may have any suitable color.
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B selectively select only light IR, IG, and RB having a predetermined range of wavelengths or frequencies in the incident light I. Since it is sufficient to function as a reflector for reflecting, the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B may be passive photonic crystal materials which maintain a defined optical band gap.
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B may be, for example, photonic crystal materials having a known three-dimensional period.
  • 2A-2D are images illustrating photonic crystal structures, each having a three-dimensional period.
  • FIG. 2A shows a diamond opal structure
  • FIG. 2B shows a wood pile structure in which bar-shaped lattice layers formed of a high dielectric constant material in a low dielectric constant material layer are stacked at regular intervals
  • FIG. 2C shows a spiral structure.
  • 2D illustrates an inverse structure in which a high dielectric constant material is disposed in a low dielectric constant material layer.
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B of this embodiment do not need to have a full optical bandgap, and may be suitable only to display a defined color within a certain viewing angle range.
  • This relaxed bandgap also permits relatively low refractive index contrast in the photonic crystal structure, which has the advantage of being easily manufactured.
  • Electrophoretic array layer 20 stacked on the light conversion layer 10 is a cavity (V1, V2, V3) is a closed space; Dielectric fluid 21 filled in cavities V1, V2, V3; And electrophoretic particles 22k dispersed in the dielectric fluid 21.
  • the electrophoretic array layer 20 also includes a plurality of electrodes RE and DE which provide an electric field for flowing the electrophoretic particles 22k in the cavity to open or shield some or all of the optical path. Includes more ..
  • the cavities V1, V2, and V3 may be defined by the substrates 23 and 24 facing each other and the plurality of partitions 25, which are separation members disposed therebetween.
  • the substrates 23 and 24 are transparent substrates to provide a light path for incident light transmitted to the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B and reflected light reflected therefrom, and to implement a flexible display device. For this purpose, it may have flexibility.
  • the substrate 23 between the photoconversion layer 10 and the electrophoretic array layer 20 may be omitted.
  • the plurality of partitions 25 may be directly formed on the base substrate 10 on which the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B are disposed instead of the substrate 23.
  • the cavities V1, V2, V3 defined by the partitions 25 may be rectangular, pentagonal, hexagonal, or circle and oval, or stripe and according to the pattern of the pixel areas PX1, PX2 and PX3. It may be arranged in a variety of known patterns, such as honeycomb shape.
  • the separating member defining the cavities V1, V2, V3 is, in addition to the partition structure 25 shown, for example, by means of known microcapsules disclosed by E-ink or SIPIX. It may have the disclosed microcup structure.
  • the structure of these cavities is exemplary and the present invention is not limited thereto.
  • the cavity is at least partially configured to provide a light path for incident light I transmitted to the plurality of sub pixel regions and reflected light I R , I G , I B output from the plurality of pixel regions. All that is needed is a wall that is transparent to the lights.
  • the cavities V1, V2, V3 can be formed using various polymer materials such as polyethylene, polystyrene, polycarbonate, epoxy resin, silicone resin, melamine resin, acrylic resin, phenol resin, for example. And may be formed through processes such as silk screening, embossing, photolithography, ultraviolet irradiation, laser drilling and emulsifying processes.
  • the dielectric fluid 21 filled in the cavities V1, V2, V3 may be a single or mixed dielectric solvent or gas.
  • the dielectric fluid 21 is optically transparent and may not be colored.
  • the dielectric fluid 21 may have a low viscosity to increase the mobility of the particles 22k dispersed therein, and may have a dielectric constant of about 2 to 30, and preferably 2 to 15.
  • dielectric fluids include hydrocarbons such as decahydronaphtahlene (DECALIN), 5-ethylidene-2-norbornene, fatty oils, paraffin oils and toluene, xylene, phenylsilylethane , Aromatic hydrocarbons such as benzene or alkylnaphthalene, and one or a mixture of perfluorodecalin, perfluorotoluene, perfluoroxylene, and these may be exemplary. However, the present invention is not limited thereto.
  • DECALIN decahydronaphtahlene
  • 5-ethylidene-2-norbornene fatty oils
  • paraffin oils and toluene xylene
  • phenylsilylethane phenylsilylethane
  • Aromatic hydrocarbons such as benzene or alkylnaphthalene, and one or a mixture of perfluorodecalin, perfluoroto
  • the dielectric fluid 21 may be colored by pigments, dyes or combinations thereof.
  • the pigments and dyes may be known materials that are affinity or reactive to these fluids.
  • a charge-controlling agent, cationic or anionic surfactant, metal soap, resin material, metal-based coupling agent and stabilizer Various functional materials, such as stabilizing agents, can be added further.
  • the electrophoretic particles 22k dispersed in the dielectric fluid 21 are a one particle system, as shown, and may be charged black particles.
  • the black particles may be formed by a pigment and a resin or a combination of two or more of them.
  • the pigment for black particles may be, for example, carbon black, copper oxide, manganese dioxide, aniline black, activated carbon, neo super black, sudan black, or a mixed composition thereof.
  • the resin which can be applied to the electrophoretic particles 32) is urethane resin, urea resin, acrylic resin, polyester resin, acrylic urethane resin resins, acrylic urethane silicone resins, acrylic urethane fluorocarbon polymers, acrylic fluorocarbon polymers, silicone resins, acrylic silicone resins silicone resin, polystyrene resin, styrene acrylic resin, polyolefin resin, butyral resin, vinylydine chloride resin, melamine resin ( melamine resin, phenolic resin, fluorocarbon polymers, polycarbonate resin, polysulfon resin, polyether Not be a polymer resin material such as (polyether resin), polyethylene resin (polyethylene resin) and polyimide resin (polyamide resin), and these materials may be used in combination of two or more materials.
  • the resin may be gelatin, alginic acid, latex polymer, polystyrene, polyvinyl formal, polyvinyl butyral, polymethyl acrylate, polybutyl acrylate, polymethyl meta It may also be formed from other polymeric materials such as acrylates, polybutyl methacrylates.
  • the charge of the electrophoretic particles 22k may be provided by the intrinsic charge of the resin, or may be more actively controlled by charge control agents and / or triboelectric charging distributed inside and / or on the particles.
  • the specific gravity of the electrophoretic particles 22k is designed to be equal to the specific gravity of the surrounding dielectric fluid 21, thereby suppressing the aggregation of the particles 22k and maintaining the dispersed state of the particles even after the power source is removed. Memory characteristics.
  • At least two electrodes RE, DE for applying an electric field in the cavities V1, V2, V3 are provided.
  • One of the first electrode RE and the second electrode DE may be an individual electrode addressable to each subpixel or a common electrode shared by at least two subpixels.
  • first electrode RE and second electrode DE have an in-plane electrode configuration that controls the horizontal flow of particles 22k, as shown in FIG. 1.
  • the electrodes RE and DE may be driven by a passive matrix type wiring and driving element, a segment type wiring and driving element for static driving, or include a plurality of MOS transistors, as is well known in the art. It can be driven by an active matrix.
  • these driving circuits may be formed on at least one of a base layer on which the electrodes RE and DE are formed, for example, the substrate 23, the base substrate 10, and the upper substrate 24. have.
  • the second electrode DE may be located above the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B, but is not limited thereto.
  • the second electrode DE may be a photonic crystal structure 10R, 10G as a dielectric. , 10B).
  • the second electrode DE may be indium-tin-oxide (ITO) or tin fluoride (Fluorinated).
  • transparent electrodes such as tin oxide (FTO), indium oxide (IO), and tin oxide (SnO 2 ).
  • Electrodes RE and DE may be formed on the substrate 23 through a sputtering or chemical vapor deposition process, as shown in FIG. 1.
  • the electrodes RE and DE may be formed on the base substrate 10 or on another substrate 24.
  • the electrodes RE and DE may be formed on the partitions 35.
  • Electrodes RE and DE may be referred to as reset electrodes RE or driving electrodes DE, respectively, as described below.
  • these names are exemplary, and may be designed differently according to the driving method of the electrodes RE and DE, and the present invention is not limited by these names.
  • the incident state of the incident light transmitted to the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B by adjusting the distribution state of the electrophoretic particles 22k dispersed in the cavity V1 in the vertical mode, the in-plane mode, or a combination thereof.
  • the electrodes RE and DE are sufficient as long as they can have a configuration suitable for this, and the present invention is not limited thereto.
  • the black particles 22k have a polarity and each subpixel in turn has a red, green, and blue photonic crystal structure to start the driving method of the display apparatus 100.
  • a voltage of + polarity is applied to the first electrode RE of the red and blue subpixels PX1 and PX3, for example, +10 V and the second electrode DE is applied to the first electrode RE.
  • a polarity voltage for example-10 V
  • a voltage of -polarity for example -10V
  • a voltage of + polarity for example, 10V
  • black particles 22k are collected on the first electrode RE to open an optical path in the cavities V1 and V3.
  • the incident light I is transmitted to the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B through the cavities V1 and V3, and the light I R and I B having the corresponding wavelength or frequency is reflected therefrom and the viewer Will be delivered to (1).
  • the first electrode RE is an electrode collecting particles 22k and may be referred to as a reset electrode.
  • the green sub-pixel PX2 black particles 22k are dispersed on the second electrode DE. Accordingly, the incident light I passing through the cavity V2 is not all shielded by the black electrophoretic particles 22k and transmitted to the photonic crystal structure 10G, and thus, the optical state of the sub pixel PX2. Is turned off. As a result, the information displayed to the observer 1 will be a mixed color of red and blue according to the additive color mixture of the respective subpixels PX1, PX2, PX3.
  • the second electrode DE may be referred to as a driving electrode because it allows the viewer 1 to see the particles 22k.
  • the green subpixel PX2 of FIG. 1 is applied by applying a negative voltage to the first electrode RE of all the subpixels PX1, PX2, and PX3, and applying a positive voltage to the second electrode DE.
  • the electrophoretic particles 22k are dispersed on the surface of the second electrode DE of the other subpixels PX1 and PX3, thereby reflecting all the incident light I. The light can be removed.
  • the black state thus obtained is obtained by the black particles 22k and is substantially black.
  • the electrophoretic particles 22k of the electrophoretic array layer 20 of the present invention do not perform a simple light shutter function of controlling the light transmitted or reflected to the photoconversion layer 10, but the electrophoretic particles 22k. Information can be displayed by itself.
  • the electrophoretic particles 22k can be distinguished from the liquid crystal layer which is the optical shutter member of the conventional liquid crystal display device. Specifically, in the case of the liquid crystal display device, the liquid crystal layer alone cannot provide a substantial black color and a high viewing angle. However, according to the present invention, the black particles can realize a contrast ratio and a viewing angle close to paper.
  • the electrophoretic particles 22k may provide memory characteristics of display information.
  • the display device 100 may further include a black matrix 26.
  • An opening is defined in the display surface VP by the black matrix 26, and the incident light I is transmitted to the light conversion layer 10 through the opening.
  • the black matrix 26 is formed. It defines a particle storage area that conceals particles 22k to the observer 1. That is, in the display apparatus 100, a partial region (the region surrounded by the dashed line DL) in the cavities V1, V2, and V3 covered by the black matrix 26 may be a particle storage region.
  • the black matrix 26 may be formed of a metal such as chromium having excellent light shielding properties, or a polymer resin material such as polyethylene or polystyrene containing dyes and / or pigments.
  • the black matrix 26 may be a photosensitive resin composition capable of a photolithography process.
  • these materials are exemplary and the present invention is not limited thereto.
  • the black matrix 26 may be formed of inorganic materials such as metal oxides and ceramics.
  • the display apparatus 100 may include a backlight unit having one or more light sources DO, which may excite the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B, or provide transmitted light to improve brightness.
  • BL may be further included.
  • the light source DO may be a cold cathode lamp or an LED, and the location thereof may be provided in the form of a direct type or an edge using a light guide plate as is well known in the art.
  • the particles 22k in the electrophoretic array layer 20 apply the appropriate voltages to the electrodes RE, DE to induce a desired dispersion state and then remove the power source, even though the electrodes RE, DE and particles are removed. Dispersion may be maintained by factors such as van der Waals forces between (22k). Accordingly, the information transmitted to the observer 1 through the display surface VP is maintained even after the power is removed.
  • the memory characteristic of the display information due to the bi-stability of the electrophoretic particles 22k enables the information to be provided without flashing of the subpixels, thereby minimizing the power consumption of the display apparatus 100. Provide an advantage.
  • 3A and 3B are cross-sectional views illustrating display apparatuses 200A and 200B according to other exemplary embodiments of the present invention.
  • components having the same reference numerals as those of FIG. 1 may refer to the features disclosed with reference to FIG. 1 unless there is a contradiction, and will be omitted below.
  • the display apparatuses 200A and 200B are single particle systems including only one kind of particles 22w similar to the display apparatus 100 of FIG. 1. However, unlike the display apparatus 100 of FIG. 1 using the black particles 22k, the display apparatuses 200A and 200B use the white electrophoretic particles 22w.
  • the white particles 22w may also be formed by a pigment and a resin or a combination of two or more thereof.
  • Pigments for white particles are, for example, titanium oxide, antimony trioxide, zinc sulfide, zinc oxide, barium sulfate, barium titanium oxide (barium) titania, kaolin, silicon oxide, calcium oxide, calcium carbonate (CaCO 3 ), or mixtures thereof.
  • the resin for white particles may comprise the aforementioned materials applicable to black particles.
  • the photonic crystal structure of each of the subpixels PX1, PX2, and PX3 is red and green, respectively.
  • the optical states due to the reflected light are red (I R ), white (I W ), and blue (I B ), respectively, so that the information displayed to the observer 1 is shown in FIG. 1. It will be a mixed color of red and blue with greater brightness than color.
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B can realize white color by the additive color method. That is, when all of the electrophoretic particles 22w are collected in the particle storage region (in the embodiment shown, which is the lower region of the black matrix 26), the incident light I is transmitted to the photoconversion layer 10 If red, green and blue light are reflected in all the sub pixels PX1, PX2 and PX3, respectively, white light can be obtained by the sum of these reflected lights. However, the white light obtained only in the optical states of the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B in this way is generally gray with a weak color or low brightness.
  • the color saturation of the photonic crystal structure and the white expression power by the additive color method are in a trade-off relationship with each other.
  • the optical bandgap is designed such that each photonic crystal structure has a high wavelength (or frequency) selectivity, the reflected lights I R and I obtained by the optical band gap are obtained.
  • White light by the sum of G , I B ) inevitably cannot have a reasonable range of continuous wavelengths. The resulting white light is close to gray or has some color.
  • the above-mentioned photonic crystal structure is for red, green, and blue, it is as described above that the photonic crystal structure of the present invention is not limited thereto.
  • the trade-off relationship of color saturation and white expression power which is seen in this photonic crystal structure, can be solved by the white particles 22w of the electrophoretic array layer 20 according to the present embodiment.
  • all white particles 22w are charged to have a positive polarity, and a positive voltage is applied to the first electrode RE and a second electrode DE.
  • a voltage is applied to ()
  • all of the white particles 22w in each of the cavities V1, V2, and V3 will be dispersed onto the second electrode DE.
  • the incident light I is reflected by the white particles 22w over all the sub pixels PX1, PX2, and PX3, and the white light obtained thereby becomes a high quality white color having the maximum brightness.
  • white is displayed by the white electrophoretic particles 22w, white having high brightness while improving color saturation due to the photonic crystal structures I R , I G , and I B is obtained. I can display it.
  • the display apparatus 200B of FIG. 3B is distinguished in the electrode configuration from the display apparatus 200A of FIG. 3A.
  • the electrodes for flowing the particles 22w are the first electrode (TE, or upper electrode) and cavity (V1, V2, V3) disposed on the light path above the cavities (V1, V2, V3). It may include a second electrode (RE, a reset electrode) offset on the optical path of the lower portion of the).
  • the first electrode TE may be a separate electrode, and optionally, a common electrode shared by neighboring sub-pixels and pixels.
  • the information displayed to the observer 1 by the distribution state of the particles 22w will be substantially equivalent to the information represented by the display apparatus 200A of FIG. 3A.
  • the second electrode RE of the first and third sub-pixels PX1 and PX3 has a negative voltage in order to obtain the particle distribution shown in FIG. 3B.
  • the first electrode TE may be grounded or a potential greater than the potential applied to the second electrode RE may be applied.
  • a negative voltage may be applied to the first electrode TE, and a potential larger than the potential applied to the first electrode TE may be applied to the second electrode RE. There will be.
  • the display apparatus 200B of FIG. 3B may also display high-quality white light having the maximum brightness.
  • high-quality white light having the maximum brightness.
  • ⁇ voltage is applied to the first electrode TE and + voltage is applied to the second electrode RE
  • the white particles 22w in the respective cavities V1, V2, and V3. Are all dispersed on the first electrode TE.
  • the incident light I is reflected by the white particles 22w over all the sub pixels PX1, PX2, and PX3, and the white light obtained thereby becomes a high quality white color having the maximum brightness.
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B may be passive photonic crystal materials in which the optical bandgap has time-invariant characteristics.
  • the photonic crystal structures 10R, 10G, 10B are active where the optical bandgap can be freely adjusted by externally applied stimuli, eg, electric field, magnetic field, pressure or heat.
  • a fluorescence crystal material. 4A to 4B exemplarily illustrate the change in color of the photonic crystal structure by controlling the optical band gap by controlling the microstructure of the photonic crystal structure.
  • 4A and 4B are materials having the same lattice structure, but the lattice constants are different from L1 and L2, respectively. Where L1> L2.
  • Such a change in the lattice constant can be obtained, for example, by forming the photonic crystal structure with a piezoelectric material and applying a suitable control voltage.
  • the lattice constant is L1
  • the long wavelength reflected light I S can be obtained
  • the lattice constant is L2
  • the short wavelength reflected light I T can be obtained.
  • the white particles 22w of the green subpixel PX2 are also the same as the white particles 22w of the red and blue subpixels PX1 and PX3. If collected at the reset electrode RE and the photonic crystal structures 10R and 10B are actively controlled to have a full optical band gap, black information may be displayed through the display surface VP.
  • Electrodes, magnets, stressors, or heaters for actively adjusting the optical bandgap of the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B are not shown, but contact or adjoin the photonic crystal structure on the first substrate 10. Can be installed properly. It will also be appreciated that, if desired, these members can be coupled to an active matrix drive element comprising a transistor so that these members can be addressed independently. These active matrix drive elements, as is well known in the art, are coupled to intersections and interconnections having a plurality of rows and columns on the photoconversion layer 10 or on another substrate 23. By forming a transistor, coupling an electrode to one end of a source / drain of the transistor, and contacting the electrode to a corresponding photonic crystal structure.
  • 5A through 5D are cross-sectional views illustrating display apparatuses 300, 400, 500, and 600 according to various embodiments of the present disclosure.
  • Components having the same reference numerals in these figures may refer to features disclosed with reference to the preceding figures, unless contradicted, and will be omitted below.
  • the display apparatus 300 is a two-particle system including two kinds of electrophoretic particles 22w and 22k.
  • the particles 22k and 22w in the cavities V1, V2 and V3 may be, for example, white particles 22w and black particles 22k having different electrophoretic mobility. That is, the white particles 22w and the black particles 22k may have different polarity or different electrophoretic mobility even though their polarities are the same, because their charge amount or mass is different.
  • the display apparatus 300 may have three or more electrodes to independently drive the electrophoretic particles 22w and 22k having two different polarities.
  • the electrodes may have a first electrode (referred to as TE or an upper electrode) disposed on an optical path above the cavities V1, V2, and V3.
  • the first electrode TE may be a common electrode shared by two or more adjacent subpixels PX1, PX2, and PX3.
  • a third electrode RE2 disposed on the bottom of the cavities V1, V2, and V3 and spaced apart on the same plane as the second electrode RE1 and the second electrode RE1 offset on the optical path.
  • the third electrode RE2 may be offset on the optical path.
  • Both the second and third electrodes RE1 and RE2 may be individual electrodes, or any one of them may be a common electrode shared by two or more adjacent subpixels.
  • the white particles 22w are charged to have a + polarity
  • the black particles 22k are charged to have a-polarity.
  • all of the first electrodes TE may be grounded.
  • + voltage for example, + 10 V
  • ⁇ voltage for example, ⁇ 10 V
  • a positive voltage for example, +10 V may be applied to both the second electrode RE1 and the third electrode RE2. If necessary, the magnitudes of the voltages applied to the second electrode RE1 and the third electrode RE2 may be different from each other.
  • a high + voltage eg, + 10 V
  • a weak + voltage eg, +5 V
  • This voltage configuration can further ensure separation of the particles 22w and 22k of different polarities, and can further narrow the dispersion state of the particles 22k collected in the particle storage region.
  • a negative voltage may be applied to both the second electrode RE1 and the third electrode RE2.
  • the magnitudes of the voltages applied to the second electrode RE1 and the third electrode RE2 may be different from each other.
  • a large voltage for example, -10V
  • a small voltage for example, -5V
  • the voltage applied to each electrode is exemplary and the present invention is not limited thereto.
  • the display device 300 may simultaneously realize a high quality white display and a black state. For example, when the particles 22k and 22w are distributed to all the subpixels PX1, PX2 and PX3 like the green subpixel PX2, high quality white display by the white particles 22w is possible. Become. In addition, when the particles 22k and 22w are distributed to all the subpixels PX1, PX2 and PX3 like the blue subpixel PX3, high quality black display by the black particles 22w is possible.
  • Such high quality white and black states are generally difficult to achieve with only the photoconversion layer 10 by the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B, but by laminating the electrophoretic array layer 20 as in the present embodiments, High contrast and color saturation at the same level can be obtained simultaneously.
  • FIGS. 5B to 5D display devices 400 having the same curly display capability as those of the display device 300 of FIG. 5A, and operating modes of the electrophoretic particles 22w and 22k are different according to respective electrode arrangements and structures. , 500, 600) are illustrated.
  • the electrodes may have a first electrode (referred to as CE or upper electrode) disposed on an optical path above the cavities V1, V2, and V3.
  • the first electrode CE illustrates a common electrode shared by two or more adjacent subpixels PX1, PX2, and PX3 and pixels.
  • the first electrode CE may be an individual electrode TE that can be independently addressed.
  • a third electrode disposed on the bottom of the cavities V1, V2, and V3 and spaced apart on the same plane as the second electrode RE1 and the second electrode RE1 offset on the optical path. RE2) may be arranged. Similar to the second electrode RE1, the third electrode RE2 may be offset on the optical path.
  • the second and third electrodes RE1 and RE2 of FIG. 5B are spaced apart from each other with the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B interposed therebetween.
  • the second and third electrodes RE1 and RE2 may both be individual electrodes or one of them may be a common electrode shared by adjacent subpixels.
  • the particle collection state can be achieved, and thus the observer 1 can observe the color of the photonic crystal structure. (See red sub-pixel PX1). Voltages of the same polarity may be applied to the second electrode RE1 and the third electrode RE2, and the green sub-pixels may be formed according to the electric field direction between the electrodes RE1 and RE2 and the first electrode CE. White I w may be displayed as in PX2 or black may be displayed as in blue sub-pixel PX3.
  • the third electrode RE2 is disposed to face the first electrodes TE and CE and has a photonic crystal structure 10R. , 10G, 10B).
  • the overlapping third electrode RE2 is equalized from the distribution state of the particles dispersed on the first electrode TE, or by controlling the pulse width of the voltage applied for brightness control from the first electrode TE. The distance between the particles 22w and 22k may be controlled.
  • a portion of the third electrode RE2 may extend by a distance d below the black matrix 26 to overlap the black matrix 26.
  • a strong electric field is applied between the portion of the third electrode RE2 and the second electrode RE1, the particles are all collected into the particle storage region, whereby the photonic crystal structure is exposed to the first sub-pixel PX1 as shown. Display information will be displayed.
  • this electrode configuration since the vertical flow of the particles can be controlled by collecting the particles and controlling the pulse width, there is an advantage that gray scales can be expressed using only three electrodes.
  • the electrodes are spaced apart on the same plane as the first electrode TE1 and the first electrode TE1, which are disposed on an optical path above the cavities V1, V2, and V3.
  • the second electrode TE2 is offset on the optical path and the third electrode RE1 is offset on the optical path below the cavities V1, V2, and V3.
  • the second electrode TE2 may be formed of an opaque layer to replace the black matrix 26.
  • the display apparatus 600 may further include a fourth electrode RE2 disposed on the same plane as the third electrode RE1 with the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B interposed therebetween.
  • the first electrode TE When a strong electric field is applied between the second electrode TE2 and the third electrode RE1 and / or between the second electrode TE2 and the fourth electrode RE2, for example, the first electrode TE When grounded, -10V is applied to the second electrode RE1 and + 10V is applied to the third electrode, as illustrated in the red sub-pixel PX1, the particles 22w and 22k form these electrodes. Can be collected in between. As illustrated in the green sub-pixel PX2, when a strong electric field is applied between the first electrode TE1 and the third electrode RE1, for example, ⁇ 10 V is applied to the first electrode TE1.
  • the second electrode TE2 When + 10 V is applied to the third electrode, the second electrode TE2 is grounded, white particles 22w are dispersed on the first electrode TE, and black particles (3) are disposed on the third electrode RE1. 22k) will be collected. If a strong electric field is applied between the first electrode TE1 and the third electrode RE1 opposite the electric field illustrated in the blue subpixel PX3, the particles 22w as in the blue subpixel PX3. , 22k) will be reversed.
  • the third electrode RE1 and the fourth electrode RE2 illustrate separate electrodes, but in another embodiment, the third electrode RE1 and the fourth electrode RE2 are electrically connected to each other.
  • the third electrode RE1 and the fourth electrode RE2 may have a shape surrounding and enclosing the photonic crystal structures 10R, 10G, and 10B at the center thereof. have.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a display apparatus 700 according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • components having the same reference numerals as those of the previous drawings may refer to the features disclosed with reference to the previous drawings unless otherwise indicated, and will be omitted below.
  • the pixel PX is implemented by one photonic crystal structure 10X.
  • the photonic crystal structure 10X is an active photonic crystal structure.
  • As the active photonic crystal structure a suitable photonic crystal structure capable of realizing red, green, and blue according to external stimulation may be selected.
  • the electrophoretic array layer 20 is stacked on the light conversion layer 10.
  • the electrophoretic cell constituting the electrophoretic array layer 20 may include a cavity V disposed one by one for each pixel PX.
  • the electrophoretic cell may be a two particle system having both black particles 22k and white particles 22w.
  • the present invention is not limited thereto and may be a one-particle system having any one of black particles 22k and white particles 22w as described above.
  • the light conversion layer 10 and the electrophoretic array layer 20 may independently display information.
  • the incident light I transmitted to the light conversion layer 10 through the opening of the display surface VP is collected by the particles 22k and 22w in the particle storage region.
  • reflected light I X having a suitable wavelength or frequency may be transmitted to the observer 1 depending on the varying optical bandgap of the photonic crystal structure 10X.
  • predetermined color information can be displayed only with the photonic crystal structure 10X without the help of the electrophoretic array layer 20.
  • this information can be displayed by electrophoretic particles 22k and 22w.
  • the white and black particles 22k and 22w of the electrophoretic array layer 20 are driven to have a dispersion state such as the cavities V2 and V3 of FIG. 5C.
  • a monochrome display device with contrast can be implemented.
  • Different driving methods of the display device according to color driving and black and white driving that is, independently operating the electrophoretic array layer and the light conversion layer may be helpful in terms of power consumption.
  • color driving since the photonic crystal structure does not have memory characteristics, continuous power supply is required to display the same color information.
  • black and white driving only an electrophoretic array layer having memory characteristics may be used, and power input to the light conversion layer is cut off, and only the electrophoretic array layer is driven, thereby minimizing power consumption in actual applications.
  • Such an advantage cannot be obtained in a display using liquid crystal as an optical shutter structure like a conventional LCD display.
  • the electrophoretic particles according to the embodiment of the present invention may display information by themselves. That is, as described above, the white and black electrophoretic particles can provide high quality white or black representations and thus high contrast.
  • the features of the display devices for example, particle type, configuration and shape of the electrode, may be combined or replaced with each other as long as there is no contradiction, and such embodiments are also within the scope of the present invention. It should be understood that it is included.
  • the features described with reference to FIGS. 5A to 5D may be applied.
  • electrophoretic particles it is possible to use color particles instead of or in combination with the above-mentioned white and / or black particles, wherein the color particles are combined with the color of the photonic crystal structure, for example, by sub-color mixing.
  • Each pixel may implement a specific color.
  • the illustrated embodiment discloses a one or two particle system, this is exemplary and may have a particle system having three or more kinds of electrophoretic particles.
  • the electrophoretic array layer is laminated on a photoconversion layer having a photonic crystal structure displaying color, thereby utilizing the optical advantages of the photonic crystal structure to realize display quality with excellent color expressiveness and contrast ratio, while achieving electrophoresis.
  • a display device capable of high contrast ratio and high quality white and / or black expression by particles and low power driving can be provided.

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Abstract

본 발명은 광결정 구조를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 컬러를 표시하는 광결정 구조를 갖는 복수의 픽셀 영역들을 포함하는 광변환층; 및 상기 광변환층 상에 적층되어 디스플레이면을 제공하는 복수의 전기 영동 셀들을 갖는 전기 영동 어레이층을 포함하며, 상기 복수의 전기 영동 셀들의 각각은, 상기 복수의 픽셀 영역들 중 어느 하나의 픽셀 영역의 상기 광결정 구조에 전달되는 입사 광과 상기 광결정 구조로부터 반사되는 반사 광에 대한 광 경로를 제공하도록 적어도 일부분이 상기 광들에 투명한 캐비티; 상기 캐비티 내에 채워지는 유전성 유체; 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류 이상의 전기 영동 입자들; 및 상기 광 경로의 일부 또는 전부를 개방 또는 차폐하도록 상기 전기 영동 입자들을 유동시키기 위한 전계를 제공하는 전극들을 포함할 수 있다.

Description

광결정 구조를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 디스플레이 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 광결정 구조를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근 전자 정보 기술이 발전함에 따라, 종래의 액정 디스플레이 장치를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이 장치에 대한 관심과 요구가 증대되고 있다. 일반적으로, 차세대 디스플레이 장치는, 저전력 구동과 대면적화가 가능하고, 가요성을 갖는 것이 요구된다.
이러한 차세대 디스플레이 장치로서, 광결정 구조를 이용한 디스플레이 장치가 주목을 받고 있다. 광결정 구조를 이용한 디스플레이 장치는, 투과형 타입의 컬러 필터를 사용하는 디스플레이에 비하여 광효율이 개선될 수 있을 뿐만 아니라 컬러의 포화도가 높은 이점이 있어, 최근 활발히 연구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광결정 구조의 광학적 이점을 활용하여, 컬러 표현력 및 대조비가 우수하고, 저전력 구동이 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 컬러를 표시하는 광결정 구조를 갖는 복수의 픽셀 영역들을 포함하는 광변환층; 및 상기 광변환층 상에 적층되어 디스플레이면을 제공하는 복수의 전기 영동 셀들을 갖는 전기 영동 어레이층을 포함한다. 상기 복수의 전기 영동 셀들의 각각은, 상기 복수의 픽셀 영역들 중 어느 하나의 픽셀 영역의 상기 광결정 구조에 전달되는 입사 광과 상기 광결정 구조로부터 반사되는 반사 광에 대한 광 경로를 제공하도록 적어도 일부분이 상기 광들에 투명한 캐비티; 상기 캐비티 내에 채워지는 유전성 유체; 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류 이상의 전기 영동 입자들; 및 상기 광 경로의 일부 또는 전부를 개방 또는 차폐하도록 상기 전기 영동 입자들을 유동시키기 위한 전계를 제공하는 전극들을 포함할 수 있다.
상기 전기 영동 입자들이 상기 광 경로를 차단하면 상기 전기 영동 입자들의 표시 정보가 나타나고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 광 경로를 개방하면 상기 광결정 구조의 상기 컬러 정보가 나타난다. 상기 캐비티는 격벽, 마이크로 캡슐 또는 마이크로 컵 구조를 포함한다. 상기 광결정 구조의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 시안색, 마젠타색 및 황색 중 어느 하나일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 디스플레이 장치는 상기 광결정 구조를 여기하거나, 상기 광결정 구조를 투과하여 전기 영동 어레이층으로 광을 제공하기 위한 백라이트를 더 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 백라이트부는 직하형 또는 에지형으로 배치될 수 있다.
상기 전기 영동 입자들은 백색 전기 영동 입자 및 흑색 전기 영동 입자 중 어느 하나 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 장치는 상기 백색 전기 영동 입자에 의해 백색 정보를 표시할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 디스플레이 장치는, 컬러 디스플레이 모드 구동시 상기 광변환층과 상기 전기 영동 어레이층을 함께 운용하여 컬러 정보를 표시하고, 흑백 디스플레이 모드 구동시 상기 전기 영동 어레이층만을 독립적으로 운용할 수 있다.
상기 전극들은, 상기 캐비티의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 이격되어 상기 광결정 구조와 중첩 배치되는 제 2 전극을 포함하며, 상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 1 전극 상에 수집됨으로써 상기 광 경로가 개방되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극 상에 분산됨으로써 상기 광 경로를 차폐할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 전극들은, 상기 캐비티의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극 및 상기 캐비티의 하부 상에 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극을 포함하며, 상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 1 전극 상에 분산됨으로써 상기 전기 영동 입자들의 정보가 표시되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극 상에 수집됨으로써 상기 광결정 구조의 컬러가 표시될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 전기 영동 입자들은 백색 전기 영동 입자 및 상기 백색 전기 영동 입자와 다른 전기 영동 이동도를 갖는 흑색 전기 영동 입자를 포함하고, 상기 전극들은, 상기 캐비티의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극; 상기 캐비티의 하부 상에 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극; 및 상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 이격 배치되는 제 3 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들 중 어느 하나의 종류의 입자들이 상기 제 1 전극 상에 분산됨으로써 상기 전기 영동 입자들의 정보가표시되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극과 제 3 전극 상에 모두 수집됨으로써 상기 광결정 구조의 컬러가 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 제 2 전극과 제 3 전극은 상기 광결정 구조를 사이에 두고 서로 이격 배치될 수도 있다.또한, 일부 실시예에서, 상기 제 3 전극은 상기 제 1 전극과 대향하고 상기 광결정 구조와 중첩 배치되도록 연장될 수도 있다.
또 다른 실시예에서, 상기 전기 영동 입자들은 백색 전기 영동 입자 및 상기 백색 전기 영동 입자와 다른 전기 영동 이동도를 갖는 흑색 전기 영동 입자를 포함하고, 상기 전극들은, 상기 캐비티의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 동일 평면 상에서 이격 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극; 및 상기 캐비티의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 3 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들 중 어느 하나의 종류의 입자들이 상기 제 1 전극 상에 분산됨으로써 상기 전기 영동 입자들의 정보가 표시되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극과 제 3 전극 상에 모두 수집됨으로써 상기 광결정 구조의 컬러가 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 전극들은, 상기 광결정 구조를 사이에 두고 상기 제 3 전극과 이격 배치되는 제 4 전극을 더 포함할 수도 있다. 상기 제 1 전극은 인접하는 전기 영동 셀들의 공통 전극일 수도 있다.
상기 디스플레이 장치는, 상기 캐비티 상에 광 경로를 개구하는 블랙 매트릭스를 더 포함하며, 상기 블랙 매트릭스는 상기 전기 영동 입자들이 수집되는 입자 저장 영역을 한정할 수 있다. 상기 광결정 구조는 패시브형, 액티브형 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 컬러를 표시하는 광결정 구조를 갖는 광변환층 상에 적층되는 전기 영동 어레이층을 포함함으로써, 광결정 구조의 광학적 이점을 활용하여 컬러 표현력과 대조비가 우수한 표시 품질을 구현하면서도 전기 영동 어레이층의 광학 특성 및 메모리 특성을 활용하여, 입자들에 의한 높은 대조비와 고품질의 백색 및/또는 흑색의 표현이 가능하고 저전력 구동이 가능한 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 각각 3차원적 주기를 갖는 광결정 구조를 예시하는 이미지이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4b는 광결정 구조의 미세 구조를 제어하여 광밴드갭을 조절하고 그에 따른 광결정 구조의 컬러 변화를 예시적으로 설명하는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 디스플레이 장치들을 도시하는 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 " ~ 상에" 또는 " ~ 위로" 라는 용어는, 특별한 언급이 없는 한 직접적으로 위에 뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층들이 개재되는 경우도 포함한다. 마찬가지로, " ~ 하부에" 또는 " ~ 밑으로"라는 용어도, 특별한 언급이 없는 한 직접적으로 밑에 뿐만 아니라, 그 사이에 다른 층들이 개재되는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
본 명세서에서, 광결정(photonic crystal)은 공간적으로 주기적인 격자 또는 결정의 존재에 의해 광밴드갭(hotonic band gap; PBG)을 가짐으로써 특정 진동수의 광자가 특정 방향으로 전파되는 것을 방지하는 유전체 구조를 지칭한다. 상기 광밴드갭은 광결정의 물성뿐만 아니라 패턴의 기하학적 형상에 의하여 제어될 수 있다. 일반적으로, 상기 광밴드갭은 상기 광결정의 격자 구조, 단위 격자의 크기 및 재료의 굴절률 차이의 변경을 통해 제어될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "광결정 구조"는 정의된 광밴드갭을 유지하는 패시브형 재료와, 격자 구조, 단위 격자의 크기, 또는 구성 재료의 굴절률 차이의 변경을 통해 광밴드갭이 자유롭게 조절될 수 있는 액티브형 재료(또는, tunable photonic crystal 이라고도 함)를 모두 포함한다. 필요에 따라, 상기 광결정 구조 내에 존재하는 점, 선 또는 부피 결함(point defect, line defect, volume defect) 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 결함을 제어하여 광밴드갭과 함께 반사율과 같은 다른 광변환 특성을 조절할 수도 있다.
또한, 상기 광결정 구조는 1, 2 또는 3 차원 주기적 구조를 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다. 상기 1차원 주기적 구조는, 1차원 내에서 대칭 변화를 갖는 구조를 의미한다. 예를 들면, 서로 평행한 균일한 평면들은 상기 평면들에 대해 수직한 방향으로만 변화를 갖기 때문에 1차원 주기적 구조를 갖는다. 상기 2차원 주기적 구조는, 2차원 내에서 대칭 변화를 갖는 구조를 의미한다. 예를 들면, 복수의 평행한 로드들, 튜브들 또는 섬유체들을 포함하는 구조는 상기 로드들, 튜브들 또는 섬유체들의 축방향에 수직한 2차원 내에서 변화를 갖기 때문에 2차원 주기적 구조를 갖는다. 마지막으로, 상기 3차원 주기적 구조는, 상기 구조의 모든 3 차원 내에서 대칭 변화를 갖는 구조를 의미한다. 면심입방(face-centered cubic; fcc), 체심 입방(face-centered cubic; bcc) 또는 육방최밀(hexagonal close-packed)과 같은 자연계의 대부분의 격자 구조들이 3 차원 주기적 구조에 해당한다.
이러한 주기적 구조는, 굴절률 또는 유전상수가 서로 다른 2 이상의 재료를 이용하여, 포토리소그래피 및 이의 반응성 이온 식각, 입자의 콜로이드 분산, 자기조립, 레이저 빔을 이용한 홀로그래피 공정, 폴리머 또는 광감성 폴리머를 이용한 폴리머 분산 액정(H-PLDCs)과 같은 공지의 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 컬러를 표시하는 광결정 구조(10R, 10G, 10B)를 갖는 복수의 픽셀 영역들(PX1, PX2, PX3)을 포함하는 광변환층(10), 및 광변환층(20) 상에 적층되어 디스플레이면(VP)을 제공하는 전기 영동 어레이층(20)을 포함한다.
광변환층(10)은 주위로부터 입사되는 광(I)의 주파수 및 파장을 조절하여 변환된 반사 광(IR, IG, IB)를 출력하는 역할을 하며, 이러한 광변환 작용은 광변환층(10) 내의 광결정 구조(10R, 10G, 10B)에 의해 달성된다. 또한, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)는 복수의 픽셀 영역들(PX1, PX2, PX3)을 정의하도록 서로 다른 컬러를 가질 수 있다. 예를 들면, 컬러 정보를 표시하기 위해서, 각 픽셀 영역들(PX1, PX2, PX3)은 서브 픽셀들이고, 이들 서브 픽셀들이 모여 하나의 컬러 픽셀(PX)을 구성하는 경우, 각 서브 픽셀 영역들(PX1, PX2, PX3)의 광결정 구조(10R, 10G, 10B)는, 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 대역의 광들을 반사할 수 있는 서로 다른 광밴드갭을 제공할 수 있다. 또는, 각 서브 픽셀 영역들의 광결정 구조는 마젠타색, 시안색 및 황색을 가질 수도 있다. 이들 컬러는 예시적이며, 광결정 구조는 적합한 소정 컬러를 가질 수 있을 것이다.
도 1에 도시된 실시예와 같이 반사형 디스플레이 동작 모드에서, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)는 입사 광(I)에서 소정 범위의 파장 또는 주파수를 갖는 광(IR, IG, RB)만을 선택적으로 반사시키는 반사체(reflector)로서 기능하면 충분하기 때문에, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)는 정의된 광밴드갭을 유지하는 패시브형 광결정 재료일 수 있다.
광결정 구조(10R, 10G, 10B)는, 예를 들면, 공지의 3차원적 주기를 갖는 광결정 재료일 수 있다. 도 2a 내지 도 2d는 각각 3차원적 주기를 갖는 광결정 구조를 예시하는 이미지이다. 도 2a는 다이아몬드 오팔 구조(diamond opal structure), 도 2b는 저유전율 재료층 내에 고유전율 재료로 형성된 막대형 격자층이 일정한 간격으로 적층된 우드 파일(wood pile structure), 도 2c는 나선 구조(spiral structure)를 나타내고, 도 2d는 저유전율 재료층 내에 고유전율 재료가 배치되는 인버스 구조(inverse structure)를 예시한다. 이들 구조들은 모두 모든 방향으로 입사되는 광에 대하여 광밴드갭을 갖는 완전 광밴드갭(complete band gap, 또는 full band gap)을 갖는다. 이러한 완전 밴드갭을 얻기 위해서는 높은 굴절률 대조비(high refractive index contrast)를 필요로 한다. 그러나, 본 실시예의 광결정 구조들(10R, 10G, 10B)은 완전 광밴드갭을 가질 필요는 없으며, 일정한 시야각 범위 내에서 정의된 컬러를 표시하는 것으로만으로 적합할 수 있다. 이러한 완화된 광밴드갭은 광결정 구조 내에서 비교적 낮은 굴절률 대조비(low refractive index contrast)도 허용하므로, 용이하게 제조될 수 있는 이점이 있다.
광변환층(10) 상에 적층되는 전기 영동 어레이층(20)은 밀폐된 공간인 캐비티(V1, V2, V3); 캐비티(V1, V2, V3) 내에 채워지는 유전성 유체(21); 및 유전성 유체(21) 내에 분산된 전기 영동 입자들(22k)을 포함할 수 있다. 또한, 전기 영동 어레이층(20)은, 상기 광 경로의 일부 또는 전부를 개방하거나 차폐하도록 상기 캐비티 내에 전기 영동 입자들(22k)을 유동시키기 위한 전계를 제공하는 복수의 전극들(RE, DE)을 더 포함한다..
캐비티들(V1, V2, V3)은, 서로 대향하는 기판들(23, 24)과 이들 사이에 배치되는 분리 부재인 복수의 격벽들(25)에 의해 한정될 수 있다. 이 경우, 기판들(23, 24)은 광결정 구조(10R, 10G, 10B)에 전달되는 입사 광 및 이로부터 반사되는 반사 광에 대한 광 경로를 제공하기 위한 투명 기판이며, 플렉시블 디스플레이 장치를 구현하기 위해, 가요성을 가질 수도 있다. 다른 실시예에서, 광변환층(10)과 전기 영동 어레이층(20) 사이의 기판(23)은 생략될 수 있다. 이 경우, 기판(23) 대신에 광결정 구조(10R, 10G, 10B)가 배치되는 기저 기판(10) 상에 복수의 격벽들(25)이 직접 형성될 수도 있을 것이다.
격벽들(25)에 의해 한정된 캐비티들(V1, V2, V3)은 각 픽셀 영역들(PX1, PX2, PX3)의 패턴에 따라 사각형, 오각형, 육각형과 같은 다각형, 또는 원 및 타원형, 또는 스트라이프 및 벌집 모양 등 공지의 다양한 패턴으로 배열될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 캐비티들(V1, V2, V3)을 정의하는 분리 부재는, 도시된 격벽 구조(25) 이외에, 예를 들면, E-ink사에 의해 개시된 공지의 마이크로 캡슐 또는 SIPIX 사에 의해 개시된 마이크로 컵 구조를 가질 수도 있다. 그러나, 이러한 캐비티들의 구조는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 캐비티는 복수의 서브 픽셀 영역들에 전달되는 입사 광(I)과 상기 복수의 픽셀 영역들로부터 출력되는 반사 광(IR, IG, IB)에 대한 광 경로를 제공하도록 적어도 일부가 상기 광들에 투명한 벽으로 한정되면 족하다.
캐비티들(V1, V2, V3)은, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 멜라민계 수지, 아크릴계 수지, 페놀계 수지와 같은 다양한 고분자 재료를 이용하여 형성될 수 있으며, 실크스크린, 엠보싱 공정, 포토리소그래피, 자외선 조사, 레이저 드릴링 및 에멀젼화 공정과 같은 공정을 통하여 형성될 수 있다.
캐비티들(V1, V2, V3) 내에 채워지는 유전성 유체(21)는 단일하거나 혼합된 유전성 용매이거나 기체일 수 있다. 유전성 유체(21)는 광학적으로 투명하며, 착색되지 않을 수 있다. 또한, 유전성 유체(21)는 내부에 분산된 입자들(22k)의 이동도를 높이기 위하여 낮은 점성을 가지며, 약 2 내지 30, 바람직하게는, 2 내지 15 사이의 유전 상수를 가질 수 있다. 이러한 유전성 유체들은 디카하이드로나프탈렌(decahydronaphtahlene: DECALIN), 5-에틸리덴-2-노보덴(5-ethylidene-2-norbornene), 지방성 오일들, 파라핀 오일과 같은 탄화수소와 톨루엔, 크셀렌, 페닐실릴에탄, 벤젠 또는 알킬나프탈렌과 같은 방향족 탄화수수들과, 퍼플루오로디칼린(perfluorodecalin), 퍼플루오로톨루엔(perflurotoluene), 퍼플루오로크실렌(perfluoroxylene) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 이들은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
필요에 따라, 유전성 유체(21)는 안료, 염료 또는 이들의 조합에 의해 착색될 수도 있다. 상기 안료 및 염료는, 이들 유체에 친화성 또는 반응성이 있는 공지의 재료일 수 있다. 유전성 유체(21) 내에는 상기 안료 또는 염료와 함께, 또는 염료 없이, 전하 조절제(charge-controlling agent), 양이온성 또는 음이온성 계면 활성제, 금속 비누, 수지 재료, 금속계 결합제(coupling agent) 및 안정화제(stabilizing agent)와 같은 다양한 기능성 물질들이 더 첨가될 수 있다.
유전성 유체(21) 내에 분산된 전기 영동 입자들(22k)은 도시된 바와 같이 1 입자 시스템이며, 하전된 흑색 입자일 수 있다. 상기 흑색 입자들은 안료 및 수지 또는 이들 중 2 이상의 조합에 의해 형성될 수 있다. 흑색 입자용 안료는, 예를 들면, 카본 블랙(carbon black), 산화 구리, 이산화망간, 아닐린 블랙, 활성탄, 네오 슈퍼 블랙, 수단 블랙(sudan black), 또는 이들의 혼합 조성물일 수 있다. 전기 영동 입자들(32))에 적용될 수 있는 상기 수지는 우레탄 수지(urethane resin), 요소 수지(urea resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 아크릴 우레탄 수지(acryl urethane resin), 아크릴 우레탄 실리콘 수지(acryl urethane silicone resin), 아크릴 우레탄 불화탄소 중합체(acryl urethane fluoro-carbon polymers), 아크릴 불화탄소 중합체(acryl fluorocarbon polymers), 실리콘 수지(silicone resin), 아크릴 실리콘 수지(acryl silicone resin), 폴리스티렌 수지(polystyrene resin), 스틸렌 아크릴 수지(styrene acrylic resin), 폴리오레핀 수지(polyolefin resin), 부틸알 수지(butyral resin), 비닐이딘 염화 수지(vinylidene chloride resin), 멜라민 수지(melamine resin), 페놀 수지(phenolic resin), 불화탄소 중합체(fluorocarbon polymers), 폴리카보네이트 수지(polycarbonate resin), 폴리술폰 수지(polysulfon resin), 폴리에테르 수지(polyether resin), 폴리에틸렌 수지(polyethylene resin) 및 폴리이미드 수지(polyamide resin)와 같은 중합체 수지 재료일 수 있으며, 이들 재료는 2 이상의 재료를 조합하여 사용될 수도 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 수지는, 젤라틴(geratin), 알긴산(alginic acid), 라텍스(latex) 중합체, 폴리스티렌, 폴리비닐 포르말, 폴리비닐 부티랄, 폴리 메틸 아크릴 레이트, 폴리부틸 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트과 같은 다른 고분자 재료로 형성될 수도 있다.
전기 영동 입자들(22k)의 전하는 상기 수지가 갖는 고유 전하에 의해 제공되거나, 입자들 내부 및/또는 표면에 분포된 전하 조절제 및/또는 마찰 대전에 의해 더욱 적극적으로 조절될 수도 있다. 또한, 전기 영동 입자들(22k)의 비중은 주위의 유전성 유체(21)의 비중과 동일하도록 설계하여, 입자들(22k)의 뭉침 현상을 억제하고 전원이 제거된 후에도 입자들의 분산 상태가 그대로 유지되는 메모리 특성을 제공한다.
캐비티(V1, V2, V3) 내에 분산된 전기 영동 입자들(32)의 분산 상태를 제어하기 위하여, 캐비티(V1, V2, V3) 내에 전계를 인가하기 위한 2 이상의 전극들(RE, DE)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 캐비티들(V1, V2, V3)의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 1 전극(RE)과 제 1 전극(RE)으로부터 이격되어 광 결정 구조(10R, 10G, 10B)와 중첩 배치되는 제 2 전극(DE)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(RE) 및 제 2 전극(DE) 중 어느 하나는 각 서브 픽셀 별로 어드레싱이 가능한 개별 전극이거나 적어도 2 이상의 서브 픽셀들이 공유하는 공통 전극일 수 있다.
일부 실시예에서, 제 1 전극(RE)과 제 2 전극(DE)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 입자들(22k)의 수평 유동을 제어하는 인플레인 전극 구성을 갖는다. 전극들(RE, DE)은 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 수동 매트릭스 방식의 배선 및 구동 소자, 또는 정적 구동을 위한 세그먼트 방식의 배선 및 구동 소자에 의해 구동되거나, 복수의 MOS 트랜지스터들을 포함하는 능동 매트릭스에 의해 구동될 수 있다. 이들 구동 회로들은, 도시하지는 않았으나, 전극들(RE, DE) 이 형성되는 기저층, 예를 들면, 기판(23), 기저 기판(10) 및 상부 기판(24) 중 적어도 어느 하나 상에 형성될 수 있다.
제 2 전극(DE)은 도시된 바와 같이, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)의 상부에 위치될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제 2 전극(DE)은 유전체인 광결정 구조(10R, 10G, 10B)의 하지에 배치될 수도 있다. 제 2 전극(DE)이 광결정 구조(10R, 10G, 10B)의 상부에 위치하는 경우, 제 2 전극(DE)은 인듐-주석-산화물(Indium-Tin-Oxide; ITO), 불화 주석 산화물(Fluorinated tin Oxide; FTO), 인듐 산화물(indium oxide; IO) 및 주석 산화물(tin oxide; SnO2)과 같은 투명 전극일 수 있다.
이들 전극들(RE, DE)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(23) 상에 스퍼터링 또는 화학기상증착 공정을 통하여 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 기판(33)이 없는 경우, 전극들(RE, DE)은 기저 기판(10) 상에 형성되거나, 다른 기판(24) 상에 형성될 수도 있다. 선택적으로는, 전극들(RE, DE)은 격벽들(35) 상에 형성될 수 있을 것이다.
이들 전극들(RE, DE)은 후술하는 바와 같이 각각 기능에 따라 리셋 전극(RE) 또는 구동 전극(DE)이라 지칭될 수 있다. 그러나, 이러한 명칭은 예시적인 것이며, 전극들(RE, DE)의 구동 방식에 따라 다르게 설계될 수 있으며, 이러한 명칭에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 또한, 캐비티(V1) 내에 분산된 전기 영동 입자들(22k)의 분포 상태를 수직 모드, 인플레인 모드, 또는 이들이 조합된 모드로 조절하여 광결정 구조(10R, 10G, 10B)에 전달되는 입사 광(I)을 개방 또는 차폐할 수 있도록, 전극들(RE, DE)은 이에 적합한 구성을 가질 수 있으면 족하는 것이어서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서, 흑색 입자들(22k)은 - 극성을 가지며, 각 서브 픽셀들은 차례로, 적색, 녹색 및 청색 광결정 구조를 갖는다고 가정하여 디스플레이 장치(100)의 구동 방법을 개시하도록 한다.
도 1에 도시된 입자 분포를 얻기 위하여, 적색 및 청색 서브 픽셀들(PX1, PX3)의 제 1 전극(RE)에는 + 극성의 전압, 예를 들면, + 10 V, 제 2 전극(DE)에는 - 극성의 전압, 예를 들면, - 10 V 이 인가되거나, 또는 접지될 수 있다. 이와 반대로, 녹색 서브 픽셀들(PX2)의 제 1 전극(RE)에는 - 극성의 전압, 예를 들면, - 10 V, 제 2 전극(DE)에는 + 극성의 전압, 예를 들면 10 V가 인가되거나, 또는 접지될 수 있다. 적색 및 청색 서브 픽셀들(PX1, PX3)에서는, 제 1 전극(RE) 상에 흑색 입자들(22k)이 수집되어 캐비티(V1, V3) 내 광 경로가 개방된다. 그에 따라, 캐비티(V1, V3)를 통하여 입사 광(I)이 광결정 구조(10R, 10G, 10B)에 전달되고, 해당 파장 또는 주파수를 갖는 광(IR, IB)이 이로부터 반사되어 관찰자(1)에게 전달될 것이다. 제 1 전극(RE)은 입자들(22k)을 수집하는 전극이어서, 리셋 전극이라 지칭될 수 있다.
이와 대조적으로, 녹색 서브 픽셀(PX2)에서는, 흑색 입자들(22k)이 제 2 전극(DE) 상에 분산된다. 그에 따라, 캐비티(V2)를 통과하는 입사 광(I)은 흑색 전기 영동 입자들(22k)에 의해 모두 차폐되어 광결정 구조(10G)로 전달되지 못하며, 그에 따라, 서브 픽셀(PX2)의 광학 상태는 OFF 상태가 된다. 결과적으로, 관찰자(1)에게 디스플레이되는 정보는 각 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)의 가색 혼합에 따른 적색과 청색의 혼합 색일 것이다. 제 2 전극(DE)는 관찰자(1)에게 입자들(22k)을 보이도록 하는 것이어서 구동 전극이라 지칭될 수도 있다.
도시하지는 않았지만, 제 1 전극(RE) 및 제 2 전극(DE)에 적합한 전원을 인가함으로써, 전체 픽셀(PX)의 제 2 전극(DE) 상에 흑색 입자들(22k)을 모두 분산시켜 흑색 정보를 표시할 수 있다. 예를 들면, 모든 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)의 제 1 전극(RE)에는 - 전압을 인가하고, 제 2 전극(DE)에는 + 전압을 인가함으로써, 도 1의 녹색 서브 픽셀(PX2)의 입자 분포 상태와 동일하게, 다른 서브 픽셀들(PX1, PX3)의 제 2 전극(DE)의 표면 상에 전기 영동 입자들(22k)을 분산시켜 입사 광(I)을 모두 흡수함으로써 반사되는 광을 제거할 수 있다. 이와 같이 얻어지는 흑색 상태는 흑색 입자(22k)에 의해 얻어지는 것이어서, 실질적으로 흑색이다.
본 발명의 전기 영동 어레이층(20)의 전기 영동 입자들(22k)은 광변환층(10)으로 전달되거나 반사되는 광을 제어하는 단순한 광 셔터 기능을 수행하는 것이 아니고, 전기 영동 입자들(22k) 자체에 의해 정보를 표시할 수 있다. 이러한 점에서, 전기 영동 입자들(22k)은 종래의 액정 디스플레이 장치의 광 셔터 부재인 액정층과 구별될 수 있다. 구체적으로, 액정 디스플레이 장치의 경우, 액정층만으로는 실질적인 흑색과 높은 시야각을 제공할 수 없지만, 본 발명에 따르면, 흑색 입자에 의해 종이에 가까운 대조비와 시야각을 구현할 수 있다. 또한, 전기 영동 입자들(22k)은 액정층과 달리 표시 정보의 메모리 특성을 제공할 수도 있다.
한편, 완전 광밴드갭을 갖는 광결정 구조를 얻는 것은 어렵다. 그러나, 본 실시예에 따르면, 전기 영동 어레이층의 흑색 입자들(22k)만으로 고품질의 흑색을 얻을 수 있어, 제조상의 경제성을 갖는다. 반대의 경우로서, 픽셀(PX)의 전극들(RE, DE)에 적절한 전압을 인가하여, 다른 서브 픽셀(PX2)의 입자들(22k)의 분포 상태를, 서브 픽셀(PX1, PX3)의 분포 상태와 동일하게 제어하면, 반사 광(IR, IG, IB)은 가색 혼합에 의해 백색 정보를 표시할 수 있을 것이다.
일부 실시예에서, 디스플레이 장치(100)는 블랙 매트릭스(26)를 더 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스(26)에 의해 디스플레이면(VP)에 개구부가 정의되고, 상기 개구부를 통해 입사 광(I)이 광변환층(10)으로 전달된다. 상기 개구부에 의해 한정된 광 경로로부터 오프셋되어 노출되지 않는 제 1 전극(RE)에 의해 캐비티(V1, V2, V3) 내의 한정된 공간에 입자들(22k)이 수집된 경우, 블랙 매트릭스(26)는 이들 입자들(22k)을 관찰자(1)에게 은폐시키는 입자 저장 영역을 한정한다. 즉, 디스플레이 장치(100)에서, 블랙 매트릭스(26)에 의해 가려진 캐비티(V1, V2, V3) 내의 일부 영역(점선 DL로 둘러싸인 영역)이 입자 저장 영역이 될 수 있다.
블랙 매트릭스(26)는 차광성이 우수한 크롬과 같은 금속, 또는 염료 및/또는 안료를 포함하는 폴리에틸렌, 폴리스텔렌과 같은 고분자 수지 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 블랙 매트릭스(26)는 포토리소그래피 공정이 가능한 감광성 수지 조성물일 수도 있다. 그러나, 이들 재료들은 예시적이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 블랙 매트릭스(26)는 금속 산화물 및 세라믹과 같은 무기 재료로 형성될 수도 있다.
일부 실시예에서, 디스플레이 장치(100)는 광결정 구조(10R, 10G, 10B)를 여기하거나, 투과 광을 제공하여, 명도 개선을 할 수 있는, 하나 또는 2 이상의 광원(DO)을 갖는 백라이트부(BL)를 더 포함할 수 있다. 광원(DO)은 냉음극 램프 또는 엘이디(LED)일 수 있으며, 그 위치는 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이 직하 형태나 도광판을 이용한 엣지 형태로 제공될 수 있다.
전기 영동 어레이층(20) 내의 입자들(22k)은, 전극들(RE, DE)에 적합한 전압을 인가하여 원하는 분산 상태를 유도한 후 전원을 제거하더라도, 전극들(RE, DE)과 입자들(22k) 사이의 반데르발스 힘과 같은 요인에 의해 분산 상태가 그대로 유지될 수 있다. 그에 따라, 디스플레이면(VP)을 통하여 관찰자(1)에게 전달되는 정보는 전원을 제거하여도 그대로 유지된다. 이러한 전기 영동 입자들(22k)의 쌍안정성(bi-stability)에 기인하는 표시 정보의 메모리 특성은 서브 픽셀들의 점멸 없이 정보 제공을 가능하게 하고, 그에 따라 디스플레이 장치(100)의 전력 소모량을 최소화하는 이점을 제공한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 디스플레이 장치(200A, 200B)를 나타내는 단면도이다. 도시된 구성 요소들 중 도 1의 구성 요소와 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소는, 모순되지 않는 한, 도 1을 참조하여 개시한 특징들을 참고할 수 있으며, 이하에서 생략하기로 한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 디스플레이 장치들(200A, 200B)은, 도 1의 디스플레이 장치(100)와 유사하게 한 종류의 입자(22w)만을 포함하는 1 입자 시스템이다. 다만, 도 1의 디스플레이 장치(100)가 흑색 입자(22k)를 사용하는 것과 달리, 디스플레이 장치(200A, 200B)는 백색 전기 영동 입자(22w)를 사용한다.
백색 입자(22w)도, 전술한 흑색 입자(22w)와 같이, 안료 및 수지 또는 이들 중 2 이상의 조합에 의해 형성될 수 있다. 백색 입자용 안료는, 예를 들면, 타이타늄 산화물(titanium oxide), 안티몬 산화물(antimony trioxide), 아연 황화물(zinc sulfide), 아연 산화물(zinc oxide), 바륨 황화물(barium sulfate), 바륨 티탄 산화물(barium titania), 카올린(kaolun), 실리콘 산화물(silica), 산화 칼슘(calcium oxide), 탄산칼슘(CaCO3), 또는 이들의 혼합 조성물일 수 있다. 백색 입자용 수지는 흑색 입자들에 적용가능한 전술한 재료들을 포함할 수 있다.
도 3a의 디스플레이 장치(200A)에서, 각 캐비티들(V1, V2, V3) 내의 입자들(22w)의 분포 상태에서, 각 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)의 광결정 구조가 각각 적색, 녹색 및 청색 광결정 구조라면, 반사 광에 의한 광학 상태는, 각각 적색(IR), 백색(IW), 청색(IB)이며, 그에 따라, 관찰자(1)에게 디스플레이되는 정보는, 도 1의 컬러보다 큰 명도를 갖는 적색 및 청색의 혼합 컬러일 것이다.
디스플레이 장치(200A)에서, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)만으로도 가색법에 의해 백색을 구현할 수 있다. 즉, 전기 영동 입자들(22w)이 모두 입자 저장 영역(도시된 실시예에서는, 블랙 매트릭스(26)의 하부 영역임)에 수집되면, 입사 광(I)이 광변환층(10)으로 전달되고 모든 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)에서 각각 적색, 녹색 및 청색 광이 반사된다면, 이들 반사 광들의 합에 의해 백색 광이 얻어질 수 있다. 그러나, 이와 같이, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)의 광학 상태만으로 얻어지는 백색 광은 일반적으로 컬러를 약하게 갖거나 낮은 명도의 회색이다. 이것은, 광결정 구조의 색 포화도와 가색법에 의한 백색 표현력이 서로 트레이드오프(trade off) 관계에 있기 때문이다. 구체적으로, 광결정 구조가 표시하는 해당 컬러의 순도를 높이기 위해, 각 광결정 구조가 높은 파장(또는 주파수) 선택성을 갖도록 광밴드갭을 설계하면, 이러한 광밴드갭에 의해 얻어지는 반사 광들(IR, IG, IB)의 합에 의한 백색 광은 필연적으로 합리적인 수준의 연속적인 파장 범위를 가질 수 없게 된다. 그 결과 얻어지는 백색 광은 회색에 가깝거나, 약간의 컬러를 갖게 된다. 전술한 광결정 구조는 적색, 녹색 및 청색에 대한 것이지만, 본 발명의 광결정 구조가 이에 한정되는 것이 아님은 전술한 바와 같다.
이러한 광결정 구조에서 나타나는, 컬러 포화도와 백색 표현력의 트레이드 오프 관계는 본 실시예에 따른 전기 영동 어레이층(20)의 백색 입자(22w)에 의해 해소될 수 있다. 예를 들면, 도 3a에 도시된 실시예에 따른 디스플레이 장치(200A)에서 백색 입자들(22w)이 모두 + 극성을 갖도록 하전되고, 제 1 전극(RE)에는 + 전압이, 제 2 전극(DE)에는 - 전압이 인가되었다고 가정하면, 각 캐비티들(V1, V2, V3) 내에서 백색 입자들(22w)은 모두 제 2 전극(DE) 상으로 분산될 것이다. 이 경우, 입사 광(I)는 전 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)에 걸쳐 백색 입자들(22w)에 의해 반사되고, 이에 의해 얻어지는 백색 광은 최대 명도를 갖는 고품질의 백색이 된다. 이와 같이, 본 실시예에 따르면, 백색의 전기 영동 입자(22w)에 의해 백색이 표시되기 때문에, 광결정 구조(IR, IG, IB)에 의한 컬러 포화도를 향상시키면서도 높은 명도를 갖는 백색을 표시할 수 있다.
도 3b의 디스플레이 장치(200B)는 도 3a의 디스플레이 장치(200A)와 전극 구성에 있어서 구별된다. 입자들(22w)을 유동시키기 위한 전극들은 캐비티들(V1, V2, V3)의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극(TE, 또는 상부 전극이라 함)과 캐비티들(V1, V2, V3)의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극(RE, 리셋 전극)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(TE)은 개별 전극일 수도 있으며, 선택적으로는, 이웃하는 서브 픽셀들 및 픽셀들에 의해 공유되는 공통 전극일 수도 있다.
도 3b의 디스플레이 장치(200B)에서도, 입자들(22w)의 분포 상태에 의해 관찰자(1)에게 디스플레이되는 정보는, 도 3a의 디스플레이 장치(200A)가 나타내는 정보와 실질적으로 동등할 것이다. 백색 입자들(22w)이 모두 + 극성을 갖도록 하전되어 있다면, 도 3b에 도시된 입자 분포 상태를 얻기 위하여, 제 1 및 제 3 서브 픽셀(PX1, PX3)의 제 2 전극(RE)에는 - 전압이 인가되고, 제 1 전극(TE)은 접지되거나 제 2 전극(RE)에 인가된 전위보다 큰 전위가 인가될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 서브 픽셀(PX2)에서는, 제 1 전극(TE)에 - 전압이 인가되고, 제 2 전극(RE)은 접지되거나 제 1 전극(TE)에 인가되는 전위보다 큰 전위가 인가될 수 있을 것이다.
도 3b의 디스플레이 장치(200B)에서도 최대 명도를 갖는 고품질의 백색을 표시할 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극(TE)에는 - 전압이 인가되고, 제 2 전극(RE)에는 + 전압이 인가되었다고 가정하면, 각 캐비티들(V1, V2, V3) 내에서 백색 입자들(22w)은 모두 제 1 전극(TE) 상으로 분산될 것이다. 이 경우, 입사 광(I)는 전 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)에 걸쳐 백색 입자들(22w)에 의해 반사되고, 이에 의해 얻어지는 백색 광은 최대 명도를 갖는 고품질의 백색이 된다.
도 1 내지 도 3b를 참조하여 전술한 실시예들에서, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)는 광밴드갭이 시불변 특성을 갖는 패시브형 광결정 재료일 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 다른 실시예에서, 광결정 구조(10R, 10G, 10B)는 외부에서 인가되는 자극, 예를 들면, 전기장, 자기장, 압력 또는 열에 의해 광밴드갭이 자유롭게 조절될 수 있는 액티브형 광결정 재료를 포함할 수 있다. 도 4a 내지 도 4b는 광결정 구조의 미세 구조를 제어하여 광밴드갭을 조절하고 그에 따른 광결정 구조의 컬러 변화를 예시적으로 설명한다. 도 4a와 도 4b는 동일한 격자 구조를 갖는 재료이지만, 격자 상수가 각각 L1 및 L2로 상이하다. 여기서, L1 > L2이다. 이러한 격자 상수의 변화는, 예를 들면, 광결정 구조를 압전 재료로 형성하고, 적합한 제어 전압을 인가함으로써 얻을 수 있다. 동일한 입사 광(I)에 대하여, 격자 상수가 L1일 때는 장파장의 반사 광(IS)을 얻을 수 있지만, 격자 상수가 L2일 때는 단파장의 반사 광(IT)을 얻을 수 있을 것이다. 도 3a 및 도 3b의 디스플레이 장치(200A, 200B)에서, 녹색 서브 픽셀(PX2)의 백색 입자들(22w)도 적색 및 청색 서브 픽셀(PX1, PX3)에서의 백색 입자들(22w)과 동일하게 리셋 전극(RE)에 수집되고, 해당 광결정 구조들(10R, 10B)이 완전 광밴드갭을 갖도록 능동적으로 제어된다면, 디스플레이면(VP)를 통하여 흑색 정보가 표시될 수도 있다.
광결정 구조(10R, 10G, 10B)의 광밴드갭을 능동적으로 조절하기 위한 전극, 자석, 스트레서, 또는 히터들과 같은 부재들은 도시되지 않았으나, 광결정 구조에 접하거나 인접하여 제 1 기판(10) 상에 적절히 설치될 수 있을 것이다. 또한, 필요에 따라, 이러한 부재들이 독립적으로 어드레싱될 수 있도록, 이들 부재들을 트랜지스터를 포함하는 액티브 매트릭스 구동 소자에 결합시킬 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 상기 액티브 매트릭스 구동 소자들은, 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 광변환층(10) 상에, 또는 다른 기판(23) 상에 복수의 행ㆍ열을 갖는 배선들과 이들의 교차점들에 결합되는 트랜지스터를 형성하고, 상기 트랜지스터의 소오스/드레인 중 일 단부에 전극을 결합하고, 상기 전극을 해당 광결정 구조에 접촉시킴으로써 얻어질 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 디스플레이 장치들(300, 400, 500, 600)을 도시하는 단면도들이다. 이들 도면에서 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소는, 모순되지 않는 한, 이전의 도면들을 참조하여 개시한 특징들을 참고할 수 있으며, 이하에서 생략하기로 한다.
도 5a를 참조하면, 디스플레이 장치(300)는 전술한 디스플레이 장치들(100, 200)과 달리, 2 종류의 전기 영동 입자들(22w, 22k)을 포함하는 2 입자 시스템이다. 캐비티(V1, V2, V3) 내의 입자들(22k, 22w)은 예를 들면, 전기 영동 이동도가 서로 다른 백색 입자들(22w)과 흑색 입자들(22k)일 수 있다. 즉, 백색 입자들(22w)과 흑색 입자들(22k)은 서로 극성이 다르거나, 극성이 동일하더라도 하전량 또는 질량이 달라 서로 구별되는 전기 영동 이동도를 가질 수 있다.
디스플레이 장치(300)는 2 개의 서로 다른 극성을 갖는 전기 영동 입자들(22w, 22k)을 독립적으로 구동하기 위하여 3 개 이상의 전극들을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 전극들은, 캐비티(V1, V2., V3)의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극(TE, 또는 상부 전극이라 함)을 가질 수 있다. 필요에 따라, 제 1 전극(TE)은 인접하는 2 이상의 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3) 및 픽셀들에서 공유하는 공통 전극일 수 있다. 다른 전극으로서, 캐비티(V1, V2., V3)의 하부 상에 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극(RE1) 및 제 2 전극(RE1)과 동일 평면 상에서 이격 배치되는 제 3 전극(RE2)이 배치될 수 있다. 제 3 전극(RE2)도 제 2 전극(RE1)과 마찬가지로 상기 광 경로 상에서 오프셋될 수 있다. 제 2 및 제 3 전극(RE1, RE2)은 모두 개별 전극이거나, 이들 중 어느 하나는 인접하는 2 이상의 서브 픽셀들이 공유하는 공통 전극일 수도 있다.
백색 입자들(22w)은 + 극성을 갖도록 하전되고, 흑색 입자들(22k)은 - 극성을 갖도록 하전되어 있음을 가정한다. 도 5a에 도시된 입자 분포를 얻기 위해서, 예를 들면, 제 1 전극(TE)은 모두 접지될 수 있다. 적색 서브 픽셀(PX1)에서는, 제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에 각각 + 전압, 예를 들면, + 10 V와 - 전압, 예를 들면, - 10 V가 인가될 수 있다. 녹색 서브 픽셀(PX2)에서는, 제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에 모두 + 전압, 예를 들면 + 10 V가 인가될 수 있다. 필요에 따라, 제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에 인가되는 전압의 크기는 서로 다를 수도 있다. 예를 들면, 제 2 전극(RE1)에는 높은 + 전압, 예를 들면, + 10 V, 제 3 전극(RE2)에는 약한 + 전압, 예를 들면, + 5 V 전압이 인가될 수 있다. 이러한 전압 구성은, 서로 다른 극성의 입자들(22w, 22k)의 분리를 더욱 확실히 하고, 입자 저장 영역에 수집되는 입자들(22k)을 분산 상태를 더욱 협소화할 수 있다.
청색 서브 픽셀(PX3)에서는, 제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에 모두 - 전압을 인가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에 인가되는 전압의 크기는 서로 다를 수 있다. 예를 들면, 제 2 전극(RE1)에는 큰 - 전압, 예를 들면, - 10 V, 제 3 전극(RE2)에는 작은 크기의 - 전압, 예를 들면, - 5 V 전압이 인가될 수 있다. 그러나, 각 전극들에 인가되는 전압은 예시적이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 디스플레이 장치(300)는 흑색 입자들(22k)과 백색 입자들(22w)을 모두 갖기 때문에, 고품질의 백색 표시와 흑색 상태를 동시에 구현할 수 있다. 예를 들면, 모든 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)에 대하여 녹색 서브 픽셀(PX2)과 같이 입자들(22k, 22w)을 분포시키면, 백색 입자들(22w)에 의한 고품질의 백색 표시가 가능해진다. 또한, 모든 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3)에 대하여 청색 서브 픽셀(PX3)과 같이 입자들(22k, 22w)을 분포시키면, 흑색 입자들(22w)에 의한 고품질의 흑색 표시가 가능해진다. 이러한 고품질의 백색 및 흑색 상태는 광결정 구조(10R, 10G, 10B)에 의한 광변환층(10)만으로는 일반적으로 달성하기 어렵지만, 본 실시예들과 같이 전기 영동 어레이층(20)을 적층함으로써, 종이와 같은 수준의 높은 대조비와 색 포화도를 동시에 얻을 수 있다.
도 5b 내지 도 5d에서는 도 5a의 디스플레이 장치(300)와 동등한 컬리 표시 능력을 가지면서도 각각의 전극 배치와 구조에 따라 전기 영동 입자들(22w, 22k)의 동작 모드가 서로 다른 디스플레이 장치들(400, 500, 600)이 예시되어 있다.
도 5b의 디스플레이 장치(400)에서, 전극들은, 캐비티(V1, V2., V3)의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극(CE, 또는 상부 전극이라 함)을 가질 수 있다. 제 1 전극(CE)은 인접하는 2 이상의 서브 픽셀들(PX1, PX2, PX3) 및 픽셀들에서 공유하는 공통 전극을 예시한다. 그러나, 도 5a에 도시한 바와 같이, 제 1 전극(CE)은 독립적으로 어드레싱이 가능한 개별 전극(TE)일 수도 있다. 또 다른 전극으로서, 캐비티(V1, V2., V3)의 하부 상에 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극(RE1) 및 제 2 전극(RE1)과 동일 평면 상에서 이격 배치되는 제 3 전극(RE2)이 배치될 수 있다. 제 3 전극(RE2)도 제 2 전극(RE1)과 마찬가지로 상기 광 경로 상에서 오프셋될 수 있다. 다만, 도 5a의 전극 구성과 달리, 도 5b의 제 2 및 제 3 전극(RE1, RE2)은 광결정 구조(10R, 10G, 10B)를 사이에 두고 서로 이격 배치된다. 제 2 및 제 3 전극(RE1, RE2)은 모두 개별 전극이거나 이들 중 어느 하나는 인접하는 서브 픽셀들에 의해 공유되는 공통 전극일 수도 있다.
제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에 서로 다른 극성의 전압이 인가됨으로써 입자 수집 상태를 달성할 수 있으며, 그에 따라, 관찰자(1)는 광 결정 구조의 컬러를 관찰할 수 있게 된다(적색 서브 픽셀 PX1 참조). 제 2 전극(RE1)과 제 3 전극(RE2)에는 동일 극성의 전압이 인가될 수 있으며, 이들 전극들(RE1, RE2)과 제 1 전극(CE) 사이의 전계 방향에 따라, 녹색 서브 픽셀(PX2)에서와 같이 백색(Iw)이 표시되거나, 청색 서브 픽셀(PX3)에서와 같이 흑색이 표시될 수도 있다.
도 5c의 디스플레이 장치(500)에서, 제 3 전극(RE2)은 도 5a 및 도 5b에 도시된 제 3 전극(RE2)와 달리 제 1 전극(TE, CE)과 대향 배치되고 광 결정 구조(10R, 10G, 10B)와 중첩 배치되도록 연장될 수도 있다. 이와 같이 중첩 배치된 제 3 전극(RE2)은 제 1 전극(TE) 상에 분산되는 입자들의 분포 상태를 고르게 하거나, 명도 제어를 위해 인가되는 전압의 펄스폭을 제어하여 제 1 전극(TE)으로부터 입자들(22w, 22k) 사이의 거리를 제어할 수도 있다.
일부 실시예에서, 제 3 전극(RE2)의 일부는 블랙 매트릭스(26)와 중첩하도록 블랙 매트릭스(26)의 하부로 일정 거리(d) 만큼 연장될 수 있다. 제 3 전극(RE2)의 상기 일부와 제 2 전극(RE1) 사이에 강한 전계가 인가되면, 입자들은 모두 입자 저장 영역으로 수집되며, 이에 의해 제 1 서브 픽셀(PX1)에서 나타낸 바와 같이 광결정 구조에 의한 표시 정보가 나타날 것이다. 이러한 전극 구성에 따르면, 입자의 수집과 펄스 폭 제어를 통해 입자들의 수직 유동을 제어할 수 있으므로, 3 개의 전극 만으로 계조 표현이 가능한 이점이 있다.
도 5d의 디스플레이 장치(600)에서, 전극들은 캐비티들(V1, V2, V3)의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극(TE1), 제 1 전극(TE1)과 동일 평면 상에서 이격 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극(TE2) 및 캐비티들(V1, V2, V3)의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 3 전극(RE1)을 포함한다. 일부 실시예에서는, 제 2 전극(TE2)을 불투명층으로 형성하여 블랙 매트릭스(26)를 대체할 수 있을 것이다. 또한, 디스플레이 장치(600)는 광 결정 구조(10R, 10G, 10B)를 사이에 두고 제 3 전극(RE1)과 동일 평면상에서 이격 배치되는 제 4 전극(RE2)을 더 포함할 수 있다.
제 2 전극(TE2)과 제 3 전극(RE1) 사이 및/또는 제 2 전극(TE2)와 제 4 전극(RE2) 사이에 강한 전계가 인가될 때, 예를 들면, 제 1 전극(TE)은 접지되고, 제 2 전극(RE1)에 - 10V가 인가되고 제 3 전극에 + 10 V 가 인가될 때, 적색 서브 픽셀(PX1)에서 예시한 바와 같이, 입자들(22w, 22k)은 이들 전극들 사이에 수집될 수 있다. 녹색 서브 픽셀(PX2)에서 예시된 바와 같이, 제 1 전극(TE1)과 제 3 전극(RE1) 사이에 강한 전계가 인가될 때에는, 예를 들면, 제 1 전극(TE1)에 - 10V 가 인가되고 제 3 전극에 + 10V가 인가되고, 제 2 전극(TE2)은 접지될 때에는, 제 1 전극(TE) 상에 백색 입자들(22w)이 분산되고, 제 3 전극(RE1)에는 흑색 입자들(22k)이 수집될 것이다. 제 1 전극(TE1)과 제 3 전극(RE1) 사이에, 청색 서브 픽셀(PX3)에서 예시된 전계와 방향이 반대인 강한 전계가 인가되면, 청색 서브 픽셀(PX3)에서와 같이 입자들(22w, 22k)의 분포 상태는 역전될 가질 것이다.
도시된 실시예에서, 제 3 전극(RE1)과 제 4 전극((RE2)은 개별 전극을 예시하고 있지만, 다른 실시예에서, 제 3 전극(RE1)과 제 4 전극(RE2)은 서로 전기적으로 연결되어 등전위면을 제공하는 단일 전극일 수도 있다. 이 경우, 제 3 전(RE1)극과 제 4 전극(RE2)은 중심에 광결정 구조(10R, 10G, 10B) 두고 이를 둘러싸는 형상을 가질 수도 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치(700)를 도시하는 단면도이다. 도시된 구성 요소들 중 이전의 도면들의 구성 요소와 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소는, 모순되지 않는 한, 이전의 도면들을 참조하여 개시한 특징들을 참고할 수 있으며, 이하에서 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 디스플레이 장치(700)는 하나의 광결정 구조(10X)에 의해 픽셀(PX)이 구현된다. 광결정 구조(10X)는 액티브형 광결정 구조이다. 상기 액티브형 광결정 구조로서, 외부 자극에 따라 적색, 녹색 및 청색을 구현할 수 있는 적합한 광결정 구조가 선택될 수 있다.
광변환층(10) 상에 전기 영동 어레이층(20)이 적층된다. 전기 영동 어레이층(20)을 구성하는 전기 영동 셀은 픽셀(PX)마다 하나씩 배치되는 캐비티(V)를 포함할 수 있다. 상기 전기 영동 셀은 흑색 입자(22k)와 백색 입자(22w)를 모두 갖는 2 입자 시스템일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전술한 바와 같이 흑색 입자(22k)와 백색 입자(22w) 중 어느 하나를 갖는 1 입자 시스템일 수도 있다.
도 6에 도시된 디스플레이 장치(700)에서도 광변환층(10)과 전기 영동 어레이층(20)이 독립적으로 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어, 컬러 구동 관점에서, 디스플레이면(VP)의 개구부를 통해 광변환층(10)으로 전달되는 입사 광(I)은 입자들(22k, 22w)이 입자 저장 영역에 수집되어 입사 광(I)를 차폐하지 않는 한, 광결정 구조(10X)의 변화하는 광밴드갭에 따라 적합한 파장 또는 주파수를 갖는 반사 광(IX)이 관찰자(1)에게 전달될 수 있다. 이것은, 전기 영동 어레이층(20)의 도움없이 광결정 구조(10X)만으로 소정의 컬러 정보가 표시될 수 있음을 의미한다. 고품질의 백색 또는 흑색 정보를 표시하기 위하여는, 전술한 바와 같이, 전기 영동 입자들(22k, 22w)에 의해 이들 정보를 표시할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 흑백 구동 관점에서도, 전기 영동 어레이층(20)의 백색 및 흑색 입자들(22k, 22w)을 도 5c의 캐비티(V2, V3)와 같은 분산 상태를 갖도록 구동시킴으로써 높은 대비도를 갖는 모노크롬 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
컬러 구동과 흑백 구동에 따라 디스플레이 장치의 구동 방법을 달리하는 것, 즉, 전기 영동 어레이층과 광변환층을 독립적으로 운용하는 것은, 전력 소모 관점에서도 도움이 될 수 있다. 컬러 구동의 경우, 광결정 구조가 메모리 특성을 갖지 않기 때문에, 동일한 컬러 정보를 표시하기 위해서는 지속적인 전력 공급이 필요하다. 그러나, 흑백 구동의 경우, 메모리 특성을 갖는 전기 영동 어레이층만을 사용할 수 있으며, 광 변환층에 입력되는 전원은 차단하고, 전기 영동 어레이층만을 구동시킴으로써, 실제 응용시 전력 소모량을 최소화할 수 있다. 이러한 이점은 종래의 엘시디 디스플레이와 같이 광셔터 구조로서 액정을 이용하는 디스플레이에서는 얻어질 수 없다. 또한, 액정층이 자체로 정보를 표시할 수 없지만, 본 발명의 실시예에 따른 전기 영동 입자는 스스로 정보를 표시할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 백색 및 흑색 전기 영동 입자는, 고품질의 백색 또는 흑색 표현 및 그에 따른 높은 대비도를 제공할 수 있다.
전술한 실시예들에서, 디스플레이 장치들의 특징들, 예를 들면, 입자 종류, 전극의 구성 및 형태는 모순되지 않는 한 서로 조합되거나 대체되어 변형실시될 수 있으며, 이러한 실시 형태도 본 발명의 범주에 포함됨을 이해하여야 한다. 예를 들면, 도 6에서 예시한 액티브형 광결정 구조를 갖는 픽셀의 경우, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 개시한 특징들이 적용될 수 있다.
또한, 전기 영동 입자들로서, 전술한 백색 및/또는 흑색 입자들 대신에 또는 이와 조합하여 컬러 입자들을 사용할 수 있으며, 컬러 입자들은 광결정 구조의 컬러와 함께, 예를 들면, 감색 혼합법에 의해 각 서브 픽셀들마다 특정 컬러를 구현할 수도 있을 것이다. 또한, 도시된 실시예에서는 1 입자 또는 2 입자 시스템을 개시하고 있지만, 이는 예시적이며, 3 종류 이상의 전기 영동 입자들을 갖는 입자 시스템을 가질 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 컬러를 표시하는 광결정 구조를 갖는 광변환층 상에 전기 영동 어레이층을 적층함으로써, 광결정 구조의 광학적 이점을 활용하여 컬러 표현력과 대조비가 우수한 표시 품질을 구현하면서도 전기 영동 어레이층의 광학 특성 및 메모리 특성을 활용하여, 입자들에 의한 높은 대조비와 고품질의 백색 및/또는 흑색의 표현이 가능하고 저전력 구동이 가능한 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.

Claims (19)

  1. 컬러를 표시하는 광결정 구조를 갖는 복수의 픽셀 영역들을 포함하는 광변환층; 및 상기 광변환층 상에 적층되어 디스플레이면을 제공하는 복수의 전기 영동 셀들을 갖는 전기 영동 어레이층을 포함하며,
    상기 복수의 전기 영동 셀들의 각각은, 상기 복수의 픽셀 영역들 중 어느 하나의 픽셀 영역의 상기 광결정 구조에 전달되는 입사 광과 상기 광결정 구조로부터 반사되는 반사 광에 대한 광 경로를 제공하도록 적어도 일부분이 상기 광들에 투명한 캐비티; 상기 캐비티 내에 채워지는 유전성 유체; 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류 이상의 전기 영동 입자들; 및 상기 광 경로의 일부 또는 전부를 개방 또는 차폐하도록 상기 전기 영동 입자들을 유동시키기 위한 전계를 제공하는 전극들을 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티는 격벽, 마이크로 캡슐 또는 마이크로 컵 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광결정 구조의 컬러는 적색, 녹색, 청색, 시안색, 마젠타색 및 황색 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 영동 입자들이 상기 광 경로를 차단하면 상기 전기 영동 입자들의 표시 정보가 나타나고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 광 경로를 개방하면 상기 광결정 구조의 상기 컬러 정보가 나타나는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 상기 광결정 구조를 여기하거나, 상기 광결정 구조를 투과하여 전기 영동 어레이층으로 광을 제공하기 위한 백라이트부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 백라이트부는 직하형 또는 에지형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 영동 입자들은 백색 전기 영동 입자 및 흑색 전기 영동 입자 중 어느 하나 또는 이들 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 상기 백색 전기 영동 입자에 의해 백색 정보를 표시하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는, 컬러 디스플레이 모드 구동시 상기 광변환층과 상기 전기 영동 어레이층을 함께 운용하여 컬러 정보를 표시하고, 흑백 디스플레이 모드 구동시 상기 전기 영동 어레이층만을 독립적으로 운용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극들은, 상기 캐비티의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 1 전극 및 상기 제 1 전극과 이격되어 상기 광결정 구조와 중첩 배치되는 제 2 전극을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 1 전극 상에 수집됨으로써 상기 광 경로가 개방되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극 상에 분산됨으로써 상기 광 경로가 차폐되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극들은, 상기 캐비티의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극 및 상기 캐비티의 하부 상에 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 1 전극 상에 분산됨으로써 상기 전기 영동 입자들의 정보가 표시되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극 상에 수집됨으로써 상기 광결정 구조의 컬러가 표시되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 영동 입자들은 백색 전기 영동 입자 및 상기 백색 전기 영동 입자와 다른 전기 영동 이동도를 갖는 흑색 전기 영동 입자를 포함하고,
    상기 전극들은, 상기 캐비티의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극; 상기 캐비티의 하부 상에 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극; 및 상기 제 2 전극과 동일 평면 상에 이격 배치되는 제 3 전극을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들 중 어느 하나의 종류의 입자들이 상기 제 1 전극 상에 분산됨으로써 상기 전기 영동 입자들의 정보가표시되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극과 제 3 전극 상에 모두 수집됨으로써 상기 광결정 구조의 컬러가 표시되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전극과 제 3 전극은 상기 광결정 구조를 사이에 두고 서로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 3 전극은 상기 제 1 전극과 대향하고 상기 광결정 구조와 중첩 배치되도록 연장된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 영동 입자들은 백색 전기 영동 입자 및 상기 백색 전기 영동 입자와 다른 전기 영동 이동도를 갖는 흑색 전기 영동 입자를 포함하고,
    상기 전극들은, 상기 캐비티의 상부의 광 경로 상에 배치되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극과 동일 평면 상에서 이격 배치되고 상기 광 경로 상에서 오프셋된 제 2 전극; 및 상기 캐비티의 하부의 광 경로 상에서 오프셋된 제 3 전극을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치의 구동시, 상기 전기 영동 입자들 중 어느 하나의 종류의 입자들이 상기 제 1 전극 상에 분산됨으로써 상기 전기 영동 입자들의 정보가 표시되고, 상기 전기 영동 입자들이 상기 제 2 전극과 제 3 전극 상에 모두 수집됨으로써 상기 광결정 구조의 컬러가 표시되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전극들은, 상기 광결정 구조를 사이에 두고 상기 제 3 전극과 이격 배치되는 제 4 전극을 포함하는 디스플레이 장치.
  17. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 하나의 항에 있어서 ,
    상기 제 1 전극은 인접하는 복수의 픽셀 영역들에 의해 공유되는 공통 전극인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐비티 상에 광 경로를 개구하는 블랙 매트릭스를 더 포함하며,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 전기 영동 입자들이 수집되는 입자 저장 영역을 한정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 광결정 구조는 패시브형, 액티브형 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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