KR100368637B1 - 미소기전소자를 이용한 평판표시장치 - Google Patents
미소기전소자를 이용한 평판표시장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 미소기전소자를 이용한 평판표시장치에 관한 것으로, 투명한 전기 전도체인 투명전극을 형성한 배면 유리기판과, 투명전극에 형성되어 광을 개폐하는 미소기전소자와, 칼라 필터층이 형성된 전면 유리기판과, 배면 및 전면 유리기판을 지지하는 지지빔으로 구성되어 있다. 본 발명은 마이크로 머시닝 기술로 미소기전소자를 제작하여 평판표시장치에 이용함으로써 빛의 사용효율을 높이고 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있다.
Description
본 발명은 평판표시장치에 관한 것으로, 특히 빛을 차단하거나 통과시키는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 칼라 액정 표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 형광 램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 백 라이트로부터 나온 광을 전달시키는 확산판(도시되지 않음)과 편광판(1)이 배면 유리기판(2) 하부에 형성되고, 투명한 전기 전도체인 ITO 투명전극(3)과 폴리마이드(Polymide)로 구성된 얇은 유기막으로 액정을 배향하기 위하여 형성된 배향막(4)이 배면 유리기판(2) 상부에 형성된다. 세가지 기본 색(적, 녹, 청색)의 염료나 안료를 포함하는 수지 필름으로 제조된 모자이크 배열의 칼라 필터층(8)과 IT0 투명전극(7) 및 배향막(6)은 전면 유리기판(9) 하부에 형성되고, 전면 유리기판(9) 상부에는 평관판(10)이 형성된다. 배면 및 전면 유리기판(2, 9) 사이에는 트위스트-네마틱(twisted-nematic) 액정 물질로 된 액정층(5)이 주입되고, 패널(Panel)의 가장자리에 위치하여 배면과 전면 유리기판(2, 9)을 고정하는 접착제 역할을 하는 실란트(Sealant)(11)와 지지하는 지지 빔(12)을 형성한다.
종래의 대표적인 표시장치인 액정(Liquid Crystal)을 사용하는 광개폐소자는 응시각도에 따른 빛의 콘트라스트 변화가 심하고, 액정의 반응시간이 길어 동화상 표현이 어렵다. 또한, 빛의 사용효율이 낮다는 결점 외에 액정주입과 액정정렬을 위한 별도의 조립공정이 필요하여 생산단가가 고가화 된다는 큰 문제가 있다.
또한, 종래의 기계적 광 샷터는 일반적으로 전력소모가 많으며 빠른 동작이 어렵고, 수백 ㎛ 크기의 미소한 광샷터를 만드는 것이 어려우며 이들을 복수개 배치하여 디스플레이의 화소로서 사용하는 것은 불가능하다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 광개폐소자인 미소기전소자를 이용하여 광개폐효율이 높고 생산단가가 낮은 평판표시장치를 제작하는데 있다.
도 1은 종래의 칼라 액정 평판표시장치를 나타낸 단면도
도 2는 본 발명에 따른 미소기전소자를 이용한 평판표시장치의 단면도
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 미소기전소자를 이용한 평판표시장치의 단면도.
도 4a 및 4b는 본 발명에 따른 회전이동형 미소기전소자의 작동원리를 나타낸 단면도
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 수평이동형 미소기전소자의 작동원리를 나타낸 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20, 25 : 유리기판 21, 26 : 투명전극
22 : 미소기전소자 23 : 지지빔
24 : 칼라필터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미소기전소자를 이용한 평판표시장치는 투명한 전기전도체인 투명전극을 포함한 배면 유리기판과, 투명전극에 형성되어 광을 개폐하는 미소기전소자와, 칼라 필터층이 형성된 전면 유리기판, 및 배면 및 전면 유리기판을 지지하는 지지빔으로 이루어짐을 특징으로 한다.
최근에 반도체 가공기술을 활용하여 수 ㎛ 에서 수백 ㎛ 크기의 기계적 구조체를 제작하는 기술, 즉 마이크로 머시닝 기술이 마이크론 크기의 센서 및 액츄에이터 제작에 응용되고 있다. 이러한 마이크로 머시닝 기술을 활용하여 광개폐소자인 미소기전소자를 제작하여 액정(Liquid Crystal)을 사용하는 표시장치에 이용함으로써 빛의 사용효율을 높이고, 양산성이 우수한 반도체 공정만으로 미소기전소자를 제작하기 때문에 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있다. 또한, 미세한 가공이 가능한 반도체 공정을 사용하므로써 더욱 미소한 수십 ㎛ 크기의 디스플레이 화소를 만들 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 미소기전소자를 이용한 평판표시장치의 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 평판표시장치는 투명한 전기 전도체인 투명전극(21)을 포함한 배면 유리기판(20)에 광을 개폐하는 미소기전소자(22)가 형성된다.
전면 유리기판(25)에는 세 가지 기본 색(적, 녹, 청색)의 염료나 안료를 포함하는 수지 필름으로 제조된 모자이크 배열의 칼라 필터층(24)을 형성하고, 배면과 전면 유리기판(20, 25)을 지지하는 지지빔(23)을 형성한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예 따른 미소기전소자를 이용한 평판표시장치의 단면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 평판표시장치는 투명한 전기 전도체인 투명전극(21)을 포함한 배면 유리기판(20)에 광을 개폐하는 미소기전소자(22)가 형성된다.
전면 유리기판(25)에는 세 가지 기본 색(적, 녹, 청색)의 염료나 안료를 포함하는 수지 필름으로 제조된 모자이크 배열의 칼라 필터층(24)과 투명전극(26)을 형성하고, 배면과 전면 유리기판(20, 25)을 지지하는 지지빔(23)을 형성한다.
도 4는 본 발명의 회전이동형 미소기전소자를 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 양날개 모양의 회전이동형 미소기전소자(22)는 회전이동자(30) 및 이동전극(32)을 지지하는 하는 지지빔(31)이 유리기판(20) 상의 투명전극(21)에 형성되고, 광(35)의 개폐를 도와주는 마스크(33) 및 이 마스크(33) 상에 만든 창(34)을 형성한다. 여기서, 미소기전소자(22)는 사용 목적에 따라 창이 없는 반사형으로 형성하거나 외날개 모양으로 형성할 수 있다.
도 4a는 초기상태로서, 투명전극(21) 또는 투명전극(26)에 전압을 인가하지 않은 경우이다. 이 상태에서는 회전이동자(30)가 회전운동을 하지 않고 평형 상태로 유지되므로 마스크(33) 상에 만든 창(34)을 통하여 광원으로부터 나온 빛(35)이 모두 통과하여, 칼라필터(24)에 도달하며, 칼라필터(24)에서는 적색, 녹색, 청색의 색상을 조합하여 원하는 색상을 표시한다.
도 4b는 구동상태로서, 투명전극(21) 또는 투명전극(26)에 전압을 인가한 경우이다. 이 상태에서는 상부의 이동전극(32)과 하부의 투명전극(21) 또는 상부의 투명전극(26)과 하부의 회전이동자(30) 사이의 인가 전압차이에 의한 정전 흡인력의 차이가 발생한다. 이 정전 흡인력의 차이에 의해 상부의 회전이동자(30)가 회전 운동을 하게 되며, 회전운동자(30) 및 마스크(33)와 마스크(33) 상에 구성된 창(34)에 의해 광원으로부터 나온 빛(35)을 차단한다.
광원으로부터 나온 빛(35)이 차단되면 칼라필터(24)에 도달하는 빛이 없으므로 까만 색상을 표시하게 된다. 이 상태에서 인가전압을 해제하면 회전이동자(30)는 초기상태로 돌아온다. 즉, 상기 정전 흡인력의 차이에 의해 회전이동자(30)를 지지하는 지지빔(31)이 탄성 변형하게 되며, 모든 전극에 인가한 전압을 해제하면 하부 지지빔(31)에 저장된 탄성에너지에 의해 회전이동자(30)는 초기상태로 돌아온다. 여기서 회전이동자(30)는 빛을 통과시키기 위한 창(34)과 빛(35)을 차단하기 위한 마스크(33)로 구성되어 있으며, 그 형태는 창문에 쇠창살이 촘촘하게 박혀 있는 형상이다. 평상시에는 쇠창살 사이의 틈을 통하여 빛을 통과시키지만 구동전극에 전압을 인가하면 2개 이상의 창으로 구성된 다단계 가동 구조체인 이동전극이회전하여 쇠창살 사이의 틈을 막아 빛을 차단하게 되어 있는 것이다. 상기에서 설명한 반대의 초기 및 구동상태로서, 도 4b 및 도4a를 각각 초기상태 및 구동상태로 활용할 수도 있다.
또한, 지지빔(31)은 회전방향으로는 작은 저항강성을 갖도록 하고, 수직방향으로는 이동전극을 충분히 지지할 수 있도록 하는 형상을 갖으며 수직방향 강성이 작으면 회전이동자와 기판이 고착하는 현상이 발생하므로 지지빔(31)은 이러한 고착현상을 충분히 이길 수 있도록 충분한 수직방향 강성을 갖도록 단면과 형상을 형성한다.
도 5는 본 발명의 수평이동형 미소기전소자를 나타낸 단면도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 수평이동형 미소기전소자(22)는 수평이동자(41)를 지지하는 하부지지빔(42)과 상부전극(43)을 지지하는 상부지지빔(44)이 유리기판(20) 상의 투명전극(21)에 형성되고, 광의 개폐를 도와주는 마스크(45) 및 이 마스크(45)상에 만든 창(46)이 형성되어 있다.
도 5a는 초기상태로서, 투명전극(21)과 수평이동자(41), 상부전극(43)에 인가한 전압에 차이가 없어 전기장이 형성되지 않는 경우이다. 이 상태에서는 수평이동자(41)가 수평운동을 하지 않고 평형 상태로 유지되므로 빛을 모두 차단한다. 광원으로부터 나온 빛(47)이 차단되면 칼라필터(24)에 도달하는 빛이 없으므로 까만 색상을 표시하게 된다.
도 5b는 구동상태로서, 투명전극(21)과 상부전극(43)에 인가한 전압과 수평이동자(41)에 인가한 전압의 차이로 인해 전기장이 형성되어 그 전기장에 의해 수평이동자 내부의 자유전하가 힘을 받아 수평이동자가 수평운동을 하는 경우이다. 즉, 투명전극(21) 및 수평이동자(41), 상부전극(43)이 놓여있는 공간에 프린지(Fringe) 전기장과 수직 전기장이 발생하며, 그때의 정전력으로 수평이동자(41)가 힘을 받아 병진운동을 하게 된다. 이동하는 수평이동자(41)와 상부전극(43)의 마스크(45)상에 구성된 창(46)에 의해 빛(47)을 통과하여 칼라필터(24)에 도달하며, 칼라필터(24)에서는 적색, 녹색, 청색의 색상을 조합하여 원하는 색상을 표시한다. 수평이동자(41)가 이동하면 수평이동자(41)를 지지하는 하부지지빔(42)이 탄성변형하게 되며, 모든 전극에 인가한 전압을 해제하면 하부 지지빔에 저장된 탄성에너지에 의해 수평이동자는 초기상태로 돌아온다. 상기에서 설명한 반대의 초기 및 구동 상태로서, 도 5b 및 도 5a를 각각 초기상태 및 구동상태로 활용할 수도 있다.
본 발명은 마이크로 머시닝 기술로써 유리기판을 사용하여 하부 지지기판을 만들고, 그 위에 절연체에 매립되는 투명전극을 만들고, 그 위에 회전운동 및 수평운동이 가능한 박막전극을 제작하여, 절연체에 매립되어 있는 투명전극과 상부공간에 형성한 전극에 적절한 전압을 가하여 이 전극을 원하는 방향으로 움직이게 함으로써 빛을 개폐하는 방식을 사용한다.
상기와 같은 본 발명은 평판표시장치에 반도체 가공기술을 활용하여 수㎛ 에서 수백㎛ 크기의 기계적 구조체를 제작하는 기술, 즉 마이크로 머시닝 기술을 활용하여 미소기전소자를 제작함으로써 빛의 사용효율을 높이고, 반응속도가 매우 빨라 동화상 표현이 우수하며, 양산성이 높은 반도체 공정을 사용하므로 생산단가를 획기적으로 낮출 수 있는 평판표시장치를 제작할 수 있다.
Claims (10)
- 평판표시장치에 있어서,배면 유리기판(20)에 투명한 전기전도체로 형성된 투명전극(21),상기 투명전극(21)에 형성되어 회전이동자(30)를 지지하는 지지빔(31),상기 회전이동자(30)에 형성된 마스크(33)와 창(34)을 통해 광(35)을 개폐하는 미소기전소자(22),칼라 필터층(24)이 형성된 전면 유리기판(25), 및상기 배면 및 전면 유리기판(20, 25)을 지지하는 지지빔(23)으로 이루어짐을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 회전이동자(30)는 이동전극(32)과 상기 투명전극(21) 사이의 인가 전압 차이를 이용하여 정전력을 구동원으로 회전운동시키는 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 미소기전소자(22)는 양날개 또는 외날개 모양인 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 미소기전소자(22)는 창(34)이 없는 반사형 구조체인 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 회전이동자(30)는 마스크(33)와 창(34)이 형성된 다단계 가동구조체가 2∼10 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 미소기전소자(22)는수평이동자(41)를 지지하는 하부지지빔(42),광(47)의 개폐를 도와주는 상부전극(43),상기 상부전극(43)을 지지하는 상부지지빔(44),상기 수평이동자(41)와 상기 상부전극(43)에 형성되어 광(47)을 개폐하는 마스크(45)와 창(46)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 수평이동자(41)는 상기 상부전극(43)과 상기 투명전극(21)에 인가한 전압과 상기 수평이동자(41)에 인가한 전압 차이에 의해 병진운동을 하는 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 평판표시장치에 있어서,배면 유리기판(20)에 투명한 전기전도체로 형성된 투명전극(21),상기 투명전극(21)에 형성되어 회전이동자(30)를 지지하는 지지빔(31),상기 회전이동자(30)에 형성된 마스크(33)와 창(34)을 통해 광(35)을 개폐하는 미소기전소자(22),칼라 필터층(24)과 투명전극(26)이 형성된 전면 유리기판(25), 및상기 배면 및 전면 유리기판(20, 25)을 지지한 지지빔(23)으로 이루어짐을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 지지빔(31)은 상기 회전이동자(30)를 충분히 지지할 수 있고 회전운동을 원활히 할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
- 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 마스크(33)와 상기 창(34)은 상기 회전이동자(30)의 회전운동에 의해 상기 광(35)을 차단하거나 통과시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 미소기전소자를 이용한 평판표시장치.
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