KR100629207B1 - 전계 구동 차광형 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 복수의 구동홈을 가지며 제1 및 제2 표면을 가지는 격벽, 상기 구동홈 내에 배치되어 있으며 전하를 가지는 구동체, 상기 격벽의 제1 표면 측에 형성되어 있는 제1 전극 및 상기 격벽의 제2 표면 측에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 구동홈의 상기 제1 및 제2 표면과 나란한 단면의 면적은 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면으로 가면서 점진적으로 변화하는 전계 구동 차광형 표시 장치를 마련한다.
전계구동차광형표시장치, 구동홈, 구동체

Description

전계 구동 차광형 표시 장치{Light Blocking Display Driven by Electric Field}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 도 1의 부분 확대도이고,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 표시 패널의 단면도이고,
도 4 및 도 5는 전계 구동 차광형 표시 장치의 기울임 각도에 따라 구동 전계를 조절하는 방법을 설명하기 위한 참고도이고,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 표시부 101: 구동체
110: 제1 기판 120: 화소 전극
121: 제1 전극
130: 스위칭 소자 140: 제1 절연막
150: 격벽 151: 구동홈
210: 제2 절연막 220: 공통 전극
221: 제2 전극
230: 차광막 240, 240R, 240G, 240B: 색필터
290: 제2 기판
300: 백라이트 유닛 301: 도광판
302: 램프 303: 집광 렌즈
본 발명은 평판 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 전계 구동 차광형 표시 장치에 관한 것이다.
현재 알려져 있는 평판 표시 장치에는 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 플라스마 표시 장치(plasma display panel: PDP), 유기 전계 발광 표시 장치(organic electro luminescence display: OLED), 전계 효과 표시 장치(field effect display: FED), 전기 영동 표시 장치(eletrophoretic display device) 장치 등이 있다. 이중에서 액정 표시 장치는 모니터와 텔레비전 등으로 널리 사용되고 있으며 플라스마 표시 장치는 대형 텔레비전으로 널리 사용되고 있고, 유기 전계 발광 표시 장치는 휴대폰 창 등에 이용되고 있으며 중대형 표시 장치에 응용하기 위한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 기타 전계 효과 표시 장치나 전기 영동 표시 장치도 모니터나 텔레비전 또는 전자 종이 등에 적용하기 위한 연 구가 진행되고 있다.
그러나 현재까지 알려져 있는 이상의 표시 장치들은 나름대로의 단점을 가지고 있다. 예를 들어, 액정 표시 장치의 경우 시야각이 좁고 응답 속도 느리며 제조 비용이 고가인 단점이 있으며 플라스마 표시 장치의 경우 화소를 일정 크기 이하로 만들기 어렵고 고전력 소비와 다량의 열을 방출하는 등의 단점이 있다.
본 발명은 종래의 평판 표시 장치들이 가지고 있는 여러 단점을 없앤 새로운 평판 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 복수의 구동홈을 가지며 제1 및 제2 표면을 가지는 격벽, 상기 구동홈 내에 배치되어 있으며 전하를 가지는 구동체, 상기 격벽의 제1 표면 측에 형성되어 있는 복수의 제1 전극 및 상기 격벽의 제2 표면 측에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하고, 상기 구동홈의 상기 제1 및 제2 표면과 나란한 단면의 면적은 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면으로 가면서 점진적으로 변화하는 전계 구동 차광형 표시 장치를 마련한다.
여기서, 상기 격벽의 제1 표면과 상기 제1 전극 사이에 형성되어 있는 제1 절연막과 상기 격벽의 제2 표면과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있는 제2 절연막을 더 포함할 수 있고, 상기 구동홈 내에는 불활성 기체 또는 질소 또는 진공 또는 건조공기가 채워져 있을 수 있다. 상기 격벽의 제1 표면 측에 형성되어 있으며 상기 제1 전극 각각과 연결되어 있으며 상기 제1 전극 각각에 인가되는 전압을 제어 하는 스위칭 소자를 더 포함할 수 있고, 상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터일 수 있다.
상기 구동체는 구형일 수 있고, 상기 구동체는 빛이 투과하지 않는 물질이면 가능하며, 상기 구동홈은 꼭지 부분이 절단된 원뿔형 홈일 수 있고, 상기 구동체의 중심을 지나는 단면의 면적은 상기 구동홈의 정단면보다 넓을 수 있다.
상기 격벽은 검은색일 수 있고, 상기 격벽은 검은색 안료를 포함하는 감광막을 소정의 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 형성할 수 있으며 상기 격벽의 제1 표면과 제2 표면 중의 어느 한 쪽에 형성되어 있는 차광막을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극의 외면과 상기 제1 전극의 외면 중 적어도 한쪽에 배치되어 있는 절연 기판을 더 포함할 수 있고, 상기 절연 기판은 상기 제1 전극의 외면에 배치되어 있는 제1 절연 기판과 상기 제2 전극의 외면에 배치되어 있는 제2 기판으로 이루질 수 있다.
상기 제1 전극은 복수의 상기 구동홈과 중첩할 수 있고, 상기 구동홈의 상기 제1 및 제2 표면과 나란한 단면의 면적은 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면으로 갈수록 넓어지거나 좁아질 수 있다.
상기 제1 전극의 외면과 상기 제2 전극의 외면 중 적어도 일면에 형성되어 있는 색필터를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전극의 외면에 배치되어 있는 절연 기판을 더 포함하고, 상기 색필터는 상기 제1 전극과 상기 절연 기판 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 투명한 도전 물질로 이루어질 수 있고, 상 기 제1 전극과 상기 제2 전극은 ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있다.
상기 표시 패널의 상기 제1 및 제2 표면이 수평면에 대하여 이루는 각도를 감지하는 자세 감지 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 자세 감시 센서가 감지한 각도 정보에 따라 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이에 인가하는 계조 전압을 조절하는 구동 전압 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 격벽의 제1 표면 또는 제2 표면 중의 어느 한쪽에 배치되어 있으며 표시를 위한 빛을 공급하는 백라이트 유닛을 더 포함할 수 있고, 상기 백라이트 유닛은 빛을 발하는 램프와 상기 램프가 발하는 빛을 면광원으로 전환하는 도광판을 포함할 수 있으며, 상기 백라이트 유닛이 발산하는 빛을 상기 구동홈 각각으로 집광하는 집광 렌즈 어레이를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 스트라이프 모양으로 형성되어 있고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 교차할 수 있다.
상기 구동홈은 상기 격벽 내에 형성되어 있어서 바닥을 가질 수 있다.
상기 구동체가 상기 구동홈을 막는 시간을 조절함으로써 계조를 표시할 수 있고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 단속적이고 반복적으로 전압을 인가하여 상기 구동체가 상기 구동홈을 막는 시간을 조절할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가하는 전압의 세기를 달리하여 상기 구동체의 상기 구동홈 내 위치를 조절함으로써 계조를 표시할 수도 있다.
상기 구동홈 내는 진공 상태가 유지될 수 있다.
상기 격벽의 제1 표면 또는 제2 표면 중의 어느 한쪽에 배치되어 있으며 표 시를 위한 빛을 공급하는 면광원을 더 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 위에 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 바로 위에 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
도 1을 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치는 표시 패널(100)과 백라이트 유닛(300)으로 크게 구분된다. 표시 패널(100)은 광량을 조절하여 화상을 표시하는 부분으로써 복수의 구동홈(151)과 각 구동홈(151) 내에 들어있으며 전하를 가지는 구동체(101)를 핵심 구성 요소로 포함한다. 백라이트 유닛(300)은 표시 패널(100)로 빛을 공급하는 부분으로써 빛을 내는 램프(302), 선형 또는 점광원인 램프(302)가 발하는 빛을 면광으로 전환하는 도광판(301) 및 도광판(301)에서 나오는 빛을 모아 표시 패널(100)의 구동홈(151)으로 진행시키는 집광 렌즈(303)를 포함한다. 여기서 램프(302)는 CCFL(cold cathode fluorescent lamp)나 EEFL(external electrode fluorescent lamp) 등의 선형 광원이거나 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 등의 점형 광원일 수 있다. 또는 면광원을 사용할 수도 있으며 이 경우에는 도광판(301)을 생략할 수 있다. 또 집광 렌즈(303)는 도광판(301)의 표면에 직접 또는 하나의 층으로 형성되거나 별도의 필름 형태로 형성될 수도 있으며 표시 패널(100) 측에 하나의 층으로 형성되어 있을 수 있다.
이러한 전계 구동 차광형 표시 장치는 구동홈(151) 내에 들어있는 구동체(101)에 전기력을 가하여 그 위치를 이동시키고, 이를 통하여 백라이트 유닛(300)이 제공하는 빛의 통과량을 조절함으로써 원하는 화상을 표시한다.
이러한 전계 구동 차광형 표시 장치 중 표시 패널(100)에 대하여 도 2를 참고하여 좀 더 구체적으로 살펴본다.
유리 등으로 이루어진 투명한 절연 기판(110)의 일면에 복수의 화소 전극(120)이 형성되어 있다. 여기서 화소 전극(120)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있고, 행렬 등 규칙적인 모양으로 배열되어 있다.
절연 기판(110) 위에는 각 화소 전극(120)에 인가되는 전압을 개별적으로 스위칭하기 위한 스위칭 소자(130)가 형성되어 있으며 화소 전극(120)과 연결되어 있다. 여기서 스위칭 소자(130)는 박막 트랜지스터일 수 있고, 박막 트랜지스터를 온오프 하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(도시하지 않음)과 화소 전극(120)에 인가되는 계조 전압을 전달하는 데이터선(도시하지 않음)이 서로 교차하는 형태로 절연 기판(110) 위에 형성되어 있을 수 있다.
화소 전극(120)과 스위칭 소자(130) 위에는 제1 절연막(140)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 절연막(140)은 질화규소(SiNx)나 산화규소(SiO2) 등의 무기 절연 물질로 형성하거나 수지 등의 유기 절연 물질로 형성할 수 있다. 또 제1 절연막(140)은 스위칭 소자(130) 아래에 형성될 수도 있다.
제1 절연막(140) 위에는 복수의 구동홈(151)을 가지는 격벽(150)이 형성되어 있다. 격벽(150)은 빛이 투과하는 재료로 형성하거나 빛이 투과하지 못하는 불투명 물질로 형성할 수 있다. 격벽(150)을 검은색 물질로 형성하여 불필요한 빛이 격벽(150)을 투과하거나 격벽(150)에 의하여 반사되어 표시 품질을 저하시키는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 이러한 격벽(150)은 검은색 안료를 포함하는 감광막을 소정의 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 형성하거나 나노 프린팅(nano printing) 방법으로 형성할 수 있다. 또는 감광막을 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 격벽을 형성한 후 빛이 투과하지 못하도록 후처리하여 형성할 수도 있다. 구동홈(151)은 격벽 양표면[또는 절연 기판(110)의 표면]과 나란한 단면(이하 정단면이라 한다.)의 면적이 격벽(150)의 한쪽 표면으로부터 다른쪽 표면으로 가면서 점진적으로 변하는 모양으로 형성되어 있다. 도 2에서는 격벽(150)의 오른쪽 표면에서 왼쪽 표면으로 갈수록 구동홈(151)의 정단면의 면적이 점점 넓어지는 경우를 도시하고 있다. 그러나 이와 반대로 구동홈(151)이 정단면의 면적이 격벽(150)의 오른쪽 표면에서 왼쪽 표면으로 갈수록 점점 좁아지는 형태도 가능하다. 본 실시예에서는 구동홈(151)이 꼭지점 부분이 잘려나간 원뿔 모양을 가지나 이외에도 구동홈(151)은 여러 다양한 모양을 가질 수 있다.
격벽(150)의 구동홈(151) 내부에는 구동체(101)와 아르곤, 네온, 헬륨 등의 불활성 기체가 들어 있다. 여기서 구동체(101)는 불투명 물질로 이루어져 있으며, 표면을 검은색으로 만드는 것이 반사되는 빛을 배제할 수 있어서 바람직하고, 소정의 전하를 가진다. 전하는 음 또는 양 전하일 수 있다. 또 불활성 기체 대신 질소 또는 건조한 공기와 같이 구동체(101)가 가지는 전하를 보존하는데 적합한 다른 기체를 채울 수도 있다. 또는 구동홈(151) 내부를 진공 상태로 할 수도 있다. 본 실시예에서는 구동체(101)가 구형으로 이루어져 있으나 구동홈(151)의 모양에 따라 원기둥 등의 다른 모양을 가질 수도 있다. 구동체(101)의 중심을 지나는 단면(이하 중심 단면이라 한다.)은 구동홈(151)의 정단면 중 가장 작은 면적보다 큰 것이 바람직하다. 이는 구동체(101)가 구동홈(151)을 완전히 막아 완전한 블랙 상태 구현할 수 있도록 하기 위함이다. 구동체(101)를 공동을 가지도록 형성하여 무게를 줄일 수도 있다.
격벽의 왼쪽 표면에는 제2 절연막(210)이 형성되어 있다. 제2 절연막(210)은 필름 형태일 수 있다. 또, 제2 절연막(210)은 질화규소나 산화규소 등으로 이루어질 수도 있다.
제2 절연막(210) 위에는 ITO나 IZO 등의 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극(220)이 형성되어 있다.
공통 전극(220) 위에는 화소 영역을 구획하는 차광막(230)이 형성되어 있다. 차광막(230)은 이웃하는 화소 간의 빛이 섞이는 것을 방지하기 위한 것이나 격벽(150) 자체가 차광막(230)의 역할을 대신할 수 있는 경우에는 생략될 수 있다.
차광막(230)의 위에는 적색, 녹색 및 청색 색필터(240R, 240G, 240B)가 형성되어 있다. 색필터(240R, 240G, 240B)는 각 구동홈(151)에 대응하는 위치에 배치되어 있다.
이러한 표시 패널(100)에 대하여 백라이트 유닛(300)은 절연 기판(110) 측 또는 색필터(240R, 240G, 240B) 측 중 어느 쪽에도 배치할 수 있다.
이러한 구조의 전계 구동 차광형 표시 장치의 구동에 대하여 설명한다.
일반적으로 표시 장치는 표시 화면이 수평면에 대하여 거의 수직에 가깝게 세워진 형태로 사용된다. 따라서 구동홈(151)을 이루는 격벽(150)의 내부 표면은 경사면을 이루게 된다. 경사면 위에 놓인 구동체(101)는 중력으로 인해 경사면을 굴러 내리게 된다. 그러나 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이에 전압이 인가되면 그들 사이에 전계가 형성되고 전하를 띠고 있는 구동체가 전기력을 받아 중력을 극복하고 경사면을 굴러 오르게 된다. 따라서 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이의 전압을 조절함으로써 구동체(101)가 받는 전기력을 조절할 수 있고 이를 통해 구동체(101)의 위치를 조절할 수 있다. 이를 위하여 구동홈(151)의 경사면은 도면처럼 일정한 기울기를 가질 수도 있고 위로 올라갈수록 그 기울기가 점점 증가하는 형태를 가질 수도 있다(기울기가 점점 증가하는 형태는 관악기 나팔부분과 같은 형태를 의미함).
한편, 화소 전극(120)이 공통 전극(220)보다 좁은 면적으로 형성되므로 이들 두 전극(120, 220) 사이에 형성되는 전기장의 세기가 화소 전극(120)으로 가까워질수록 점점 강해지는 형태가 될 것이고, 이 경우에는 두 전극(120, 220) 사이의 전 압을 조정함으로써 구동체(101)가 구동홈(151) 내의 소정 지점에서 멈추도록 할 수 있다.
구동체(101)의 위치가 달라짐에 따라 빛이 통과할 수 있는 구동홈(151)의 면적도 달라지게 된다. 즉, 구동체(101)가 경사면의 맨 아래에 있을 때는 빛이 통과할 수 있는 구동홈(151)의 면적이 최대가 되고, 구동체(101)가 경사면을 굴러 올라갈수록 빛이 통과할 수 있는 면적이 점점 좁아지다가 구동체(101)가 경사면의 맨 위로 올라가 구동홈(151)을 완전히 막았을 때는 빛은 모두 차단된다. 따라서 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이의 전압을 조절함으로써 통과하는 빛의 양을 조절할 수 있다.
이상에서는 구동체(101)의 구동홈(151) 내 위치를 조정함으로써 광량을 조절하는 방법을 설명하였으나 이와 달리 구동체(101)가 빛을 차단하는 시간을 조절함으로써 광량을 조절할 수도 있다. 이하 이러한 방법에 대하여 설명한다.
하나의 화소가 특정 화상 정보를 지속적으로 표시하는 시간을 프레임이라 할 때, 한 프레임 중에서 구동체(101)가 구동홈(151)을 차단하는 시간을 달리함으로서 광량을 조절할 수 있다. 예들 들어, 한 프레임 내내 전압을 인가하지 않아 구동체(101)가 바닥에 머무르고 있는 경우에는 가장 고계조인 화이트 상태를 표시하고, 한 프레임 내내 전압을 인가하여 구동체(101)가 구동홈(151)을 차단하고 있는 경우에는 가장 저계조인 블랙 상태를 표시하며, 한 프레임의 반에 해당하는 시간 동안만 전압을 인가하여 구동체(101)가 구동홈(151)을 차단하도록 하면 중간 계조를 표시하게 된다. 이 때, 구동체(101)가 구동홈(151)을 차단하는 시간은 해당 계조에 대응하는 시간만큼 지속적으로 전압을 인가하여 조절할 수도 있고, 구동체(151)에 전압을 단속적으로 반복하여 인가함으로써 조절할 수도 있다. 예들 들어, 256계조를 표시할 수 있도록 설계된 전계 구동 차광형 표시 장치에서 156계조를 표시한다고 할 때, 1프레임을 256개의 구간으로 나누고 100개 구간에 해당하는 시간 동안 지속적으로 전압을 인가함으로써 156계조에 해당하는 밝기를 표시하거나 1개 구간에 해당하는 시간 동안의 전압 인가를 100회 반복함으로써 156계조에 해당하는 밝기를 표시할 수 있다.
또한, 색필터(240R, 240G, 240B)를 사용함으로써 컬러 디스플레이를 할 수 있다.
여기서 구동체(101)의 크기는 수 마이크로미터(micrometer) 정도이므로 수십 밀리볼트(mV)~수백 밀리볼트 정도의 전압으로 구동할 수 있으며 매우 빠른 속도로 동작할 것이므로 응답속도가 매우 빠르고 정밀한 조절이 가능한 표시 장치를 마련할 수 있다. 구동체(101)의 동작 속도는 무게에 반비례하므로 구동체(101)를 공동을 가지도록 형성하여 무게를 줄일 수도 있다.
이상에서는 구동체(101)의 구동을 위하여 중력과 전기력을 이용하고 있으나 중력을 대체 또는 중력을 보충하는 수단으로 기존 전기력에 대하여 반대 방향으로 작용하는 전기력을 이용할 수 있다. 즉, 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이의 전압을 반전시킴으로써 중력에 의존하지 않고 구동체(101)를 왕복 이동시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 표시 패널의 단면도이다.
도 3을 보면, 유리 등으로 이루어진 투명한 첫 번째 절연 기판(110)의 일면에 적색, 녹색 및 청색의 색필터(240)가 행렬 형태 등 소정의 배열을 이루어 형성되어 있다.
각 색필터(240)의 위에는 화소 전극(120)이 형성되어 있다. 여기서 화소 전극(120)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있다.
절연 기판(110) 위에는 각 화소 전극(120)에 인가되는 전압을 개별적으로 스위칭하기 위한 스위칭 소자(130)가 형성되어 있으며 화소 전극(120)과 연결되어 있다. 여기서 스위칭 소자(130)는 박막 트랜지스터일 수 있고, 박막 트랜지스터를 온오프 하기 위한 주사 신호를 전달하는 게이트선(도시하지 않음)과 화소 전극(120)에 인가되는 계조 전압을 전달하는 데이터선(도시하지 않음)이 서로 교차하는 형태로 절연 기판(110) 위에 형성되어 있을 수 있다.
화소 전극(120)과 스위칭 소자(130) 위에는 제1 절연막(140)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 절연막(140)은 수지 등의 유기 절연막이나 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiO2) 등의 무기 절연막으로 형성할 수 있다. 또 제1 절연막(140)은 스위칭 소자(130) 아래에 형성될 수도 있다.
제1 절연막(140) 위에는 복수의 구동홈(151)을 가지는 격벽(150)이 형성되어 있다. 격벽(150)은 검은색을 가지는 것이 바람직하고, 검은색 안료를 포함하는 감광막을 소정의 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 형성하거나 나노 프린팅(nano printing) 방법으로 형성할 수 있다. 구동홈(151)은 격벽 양표면[또는 절연 기판(110)의 표면]과 나란한 단면(이하 정단면이라 한다.)의 면적이 격벽(150)의 한쪽 표면으로부터 다른쪽 표면으로 가면서 점진적으로 변하는 모양으로 형성되어 있다. 도 3에서는 격벽(150)의 오른쪽 표면에서 왼쪽 표면으로 갈수록 구동홈(151)의 정단면의 면적이 점점 넓어지는 경우를 도시하고 있다. 그러나 이와 반대로 구동홈(151)이 정단면의 면적이 격벽(150)의 오른쪽 표면에서 왼쪽 표면으로 갈수록 점점 좁아지는 형태도 가능하다. 본 실시예에서는 구동홈(151)이 꼭지점 부분이 잘려나간 원뿔 모양을 가지나 이외에도 구동홈(151)은 단지 모양 등 다양한 모양을 가질 수 있다.
여기서 구동홈(151)은 복수개가 하나의 화소 전극(120)과 중첩하도록 배치되어 있다. 이는 구동홈(151)의 불량 등에 대비하기 위한 것이다. 각 화소마다 수십 개의 구동홈(151)을 배치함으로써 균일한 동작 특성을 얻을 수 있다.
격벽(150)의 구동홈(151) 내부에는 구동체(101)와 아르곤, 네온, 헬륨 등의 불활성 기체가 들어 있다. 여기서 구동체(101)는 표면이 검은색을 띠는 것이 바람직하고, 소정의 전하를 가진다. 전하는 음 또는 양 전하일 수 있다. 또 불활성 기체 대신 질소 또는 건조한 공기와 같이 구동체(101)가 가지는 전하를 보존하는데 적합한 다른 기체를 채울 수도 있다. 또는 구동홈(151) 내부를 진공으로 유지할 수도 있다. 본 실시예에서는 구동체(101)가 구형으로 이루어져 있으나 구동홈(151)의 모양에 따라 원기둥 등의 다른 모양을 가질 수도 있다. 구동체(101)의 중심을 지나는 단면(이하 중심 단면이라 한다.)은 구동홈(151)의 정단면 중 가장 작은 면적보다 큰 것이 바람직하다. 이는 구동체(101)가 구동홈(151)을 완전히 막아 완전한 블랙 상태를 구현할 수 있도록 하기 위함이다. 구동체(101)를 공동을 가지도록 형성하여 무게를 줄일 수도 있다.
격벽의 왼쪽 표면에는 제2 절연막(210)이 형성되어 있다. 제2 절연막(210)은 필름 형태일 수 있다. 또, 제2 절연막(210)은 질화규소나 산화규소 등으로 이루어질 수도 있다.
제2 절연막(210) 왼쪽에는 ITO나 IZO 등의 투명한 도전체로 이루어진 공통 전극(220)이 형성되어 있다.
공통 전극(220)의 왼쪽에는 두 번째 절연 기판(290)이 배치되어 있다.
이러한 구조의 표시 패널은 첫 번째 절연 기판(110) 위에 색필터(240), 화소 전극(120), 스위칭 소자(130), 제1 절연막(140) 및 격벽(150)을 형성하고, 두 번째 절연 기판(290) 위에 공통 전극(220)과 제2 절연막(210)을 형성한 후, 구동홈(151) 내에 구동체(101)를 넣은 후 불활성 기체나 질소를 분위기에서 두 기판(110, 290)을 결합함으로써 제조할 수 있다. 여기서 두 번째 기판(290) 위에는 공통 전극(220)과 제2 절연막(210)만이 형성되어 있으므로 두 기판(110, 290)을 정렬하기가 매우 용이하다.
도 4 및 도 5는 전계 구동 차광형 표시 장치의 기울임 각도에 따라 구동 전계를 조절하는 방법을 설명하기 위한 참고도이다.
표시 장치는 일반적으로 수평면에 대하여 수직에 가깝게 세워서 사용되나 노트북 등의 경우 어느 정도의 기울여서 사용되기도 한다. 그런데 본 발명에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 경우 표시 장치가 기울어지게 되면 구동홈(151)의 경사면의 경사도가 달라지게 되어 전계를 통한 구동체(101)의 구동에 영향이 미치게 된다. 따라서 이를 감안하여 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이에 인가하는 구동 전압을 달리해 주어야 한다. 이하 그 보정 방법을 살펴본다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 표시 패널(100)이
Figure 112005012985093-pat00001
만큼 기울어지면 구동홈(151)의 경사면에 놓인 구동체(101)는 중력에 의해
Figure 112005012985093-pat00002
힘을 받아 경사면을 굴러 내리게 된다(도 5 참조). 여기서
Figure 112005012985093-pat00003
은 구동홈(151) 경사면의 경사각이다. 이 때, 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이에 V의 전압이 인가되면, 구동체(101)가 가지는 전하량을 Q라 하고 두 전극(120, 220) 사이의 거리를 d라 할 때, 전기력에 의해
Figure 112005012985093-pat00004
의 힘을 받아 경사면을 굴러 오르려 하게 된다. 따라서 중력에 의한 힘과 전기력에 의한 힘이 균형을 이루기 위하여는
Figure 112005012985093-pat00005
Figure 112005012985093-pat00006
의 전압이 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이에 인가되어야 한다. 이와 같이, 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이에 인가되어야 하는 구동 전압이
Figure 112005012985093-pat00007
과
Figure 112005012985093-pat00008
의 함수로 계산된다. 여기서
Figure 112005012985093-pat00009
은 정해져 있는 각도이므로
Figure 112005012985093-pat00010
을 측정하면 필요한 구동 전압을 계산할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치에 기울임 각을 측정할 수 있는 자세 감지 센서를 장착하고 자세 감지 센서가 감지한 기울임 각도 정보를 구동 전압 제어부가 받아 각도 정보에 맞게 보정된 구동 전압을 화소 전극(120)과 공통 전극(220) 사이에 인가하도록 함으로써 필요한 표시를 할 수 있다.
이상에서는 능동형 전계 구동 차광형 표시 장치에 대하여 설명하였으나 수동형 전계 구동 차광형 표시 장치도 가능하다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치의 단면도이다.
먼저, 도 6을 보면, 격벽(150) 양면에 제1 및 제2 절연막(140, 210)이 형성되어 있고, 두 절연막((140, 210) 외면에 각각 스트라이프 모양의 제1 및 제2 전극(121, 221)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 전극(121)과 제2 전극(221)은 그 길이 방향이 서로 직교한다. 본 실시예에서는 구동체(101)와 격벽(150)이 모두 검은색으로 형성되어 있어서 별도의 차광막은 필요하지 않다.
이러한 수동형 표시 장치에서는 복수의 제1 전극(121) 중 하나와 복수의 제2 전극(221) 중 하나에 각각 전압을 인가하면 전압이 인가된 두 전극(121, 221)이 교차하는 위치의 구동체(101)가 전기력을 받아 구동된다.
도 7의 실시예는 도 6의 실시예에서 제2 전극(221) 위에 집광 렌즈(303)가 더 형성되어 있는 구조이다.
도 8의 실시예에서는 격벽(150)에 형성되어 있는 구동홈(151)이 격벽(150)을 관통하지 않고 바닥을 가지는 홈의 형태로 형성되어 있고, 격벽(150)의 일 측면에 차광막(230)이 형성되어 있으며 차광막(230)의 위에 제2 전극(221)이 형성되어 있다. 여기서 구동홈(151)이 격벽(150)을 관통하지 않으므로 제2 전극(221)을 구동체(101)와 절연시키기 위하여 별도의 절연막을 둘 필요가 없다. 이러한 형태의 격벽(150)은 나노 프린팅 방법을 사용하여 형성하기 쉽다. 또, 차광막(230)을 형성하여 구동홈(151) 사이에서 빛이 섞이는 것을 방지하고 있으므로 격벽(150)을 빛이 투과할 수 있는 물질로 형성할 수 있다.
도 9의 실시예에서는 도 8의 실시예와 비교하여 구동홈(151)이 격벽(150)을 관통하고 차광막(230)에 형성된 구멍까지도 구동홈(151)으로 사용하는 점과, 제2 전극(221)을 구동체(101)와 절연하기 위하여 제2 절연막(210)을 형성하는 점이 특징이다.
도 10의 실시예에서는 도 9의 실시예와 비교하여 차광막(230)을 제2 전극(221)의 외면에 형성하는 점이 특징이다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전계 구동 차광형 표시 장치는 중력과 전기력을 이용하여 구동체의 위치를 조절함으로써 빛의 양을 조절하여 필요한 표시를 할 수 있다.

Claims (33)

  1. 복수의 구동홈을 가지며 제1 및 제2 표면을 가지는 격벽,
    상기 구동홈 내에 배치되어 있으며 전하를 가지는 구동체,
    상기 격벽의 제1 표면 측에 형성되어 있는 제1 전극, 및
    상기 격벽의 제2 표면 측에 형성되어 있는 제2 전극
    을 포함하고,
    상기 구동홈의 상기 제1 및 제2 표면과 나란한 단면의 면적은 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면으로 가면서 점진적으로 변화하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 격벽의 제1 표면과 상기 제1 전극 사이에 형성되어 있는 제1 절연막과
    상기 격벽의 제2 표면과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있는 제2 절연막
    을 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 구동홈 내에는 불활성 기체, 질소, 건조 공기 중 적어도 하나가 채워져 있는 차광형 표시 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 전극은 복수로 형성되어 있으며 상기 제2 전극은 상기 제1 전극 모두와 대응하는 단일 전극으로 형성되어 있고,
    상기 격벽의 제1 표면 측에 형성되어 있으며 상기 제1 전극 각각과 연결되어 있으며 상기 제1 전극 각각에 인가되는 전압을 제어하는 스위칭 소자를 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터인 전계 구동 차광형 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 구동체는 구형인 전계 구동 차광형 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 구동체의 표면은 흑색인 전계 구동 차광형 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 구동홈은 꼭지 부분이 절단된 원뿔형 홈인 전계 구동 차광형 표시 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 구동체는 구형이고, 상기 구동체의 중심을 지나는 단면의 면적은 상기 구동홈의 정단면보다 넓은 전계 구동 차광형 표시 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 격벽은 검은색인 전계 구동 차광형 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 격벽은 검은색 안료를 포함하는 감광막을 소정의 마스크를 사용하여 노광하고 현상하여 형성한 전계 구동 차광형 표시 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 격벽의 제1 표면과 제2 표면 중의 어느 한 쪽에 형성되어 있는 차광막을 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 제1 전극의 외면과 상기 제2 전극의 외면 중 적어도 한쪽에 배치되어 있는 절연 기판을 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 절연 기판은 상기 제1 전극의 외면에 배치되어 있는 제1 절연 기판과 상기 제2 전극의 외면에 배치되어 있는 제2 기판으로 이루어지는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 전극 하나는 복수의 상기 구동홈과 중첩하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 구동홈의 상기 제1 및 제2 표면과 나란한 단면의 면적은 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면으로 갈수록 넓어지는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 구동홈의 상기 제1 및 제2 표면과 나란한 단면의 면적은 상기 제1 표면으로부터 상기 제2 표면으로 갈수록 좁아지는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  18. 제1항에서,
    상기 제1 전극의 외면과 상기 제2 전극의 외면 중 적어도 일면에 형성되어 있는 색필터를 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 제1 전극의 외면에 배치되어 있는 절연 기판을 더 포함하고, 상기 색필터는 상기 제1 전극과 상기 절연 기판 사이에 배치되어 있는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  20. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 투명한 도전 물질로 이루어지는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  21. 제20항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 ITO 또는 IZO로 이루어지는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  22. 제1항에서,
    상기 표시 패널의 상기 제1 및 제2 표면이 수평면에 대하여 이루는 각도를 감지하는 자세 감지 센서를 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  23. 제22항에서,
    상기 자세 감시 센서가 감지한 각도 정보에 따라 상기 제2 전극과 상기 제1 전극 사이에 인가하는 계조 전압을 조절하는 구동 전압 제어부를 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  24. 제1항에서,
    상기 격벽의 제1 표면 또는 제2 표면 중의 어느 한쪽에 배치되어 있으며 표시를 위한 빛을 공급하는 백라이트 유닛을 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  25. 제24항에서,
    상기 백라이트 유닛은 빛을 발하는 램프와 상기 램프가 발하는 빛을 면광으로 전환하는 도광판을 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  26. 제25항에서,
    상기 백라이트 유닛이 발산하는 빛을 상기 구동홈 각각으로 집광하는 집광 렌즈 어레이를 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  27. 제1항에서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 스트라이프 모양으로 형성되어 있고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 교차하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  28. 제1항에서,
    상기 구동홈은 상기 격벽 내에 형성되어 있어서 바닥을 가지는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  29. 제1항에서,
    상기 구동체가 상기 구동홈을 막는 시간을 조절함으로써 계조를 표시하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  30. 제29항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 단속적이고 반복적으로 전압을 인가하여 상기 구동체가 상기 구동홈을 막는 시간을 조절하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  31. 제1항에서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가하는 전압의 세기를 달리하여 상기 구동체의 상기 구동홈 내 위치를 조절함으로써 계조를 표시하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
  32. 제1항에서,
    상기 구동홈 내는 진공 상태가 유지되는 차광형 표시 장치.
  33. 제1항에서,
    상기 격벽의 제1 표면 또는 제2 표면 중의 어느 한쪽에 배치되어 있으며 표시를 위한 빛을 공급하는 면광원을 더 포함하는 전계 구동 차광형 표시 장치.
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