KR101100980B1 - 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

최소한 두 가지 다른 상태를 포함하는 층 분리 또는 층 전위에 기초하는 광 디바이스, 즉, 광 스위치로써, 제 1 상태에 있는 오일과 같은 유체(5)들 중 한 가지는 최소한 제 1 지지판(3)에 인접해 있고 제 2 상태에서 다른 유체(6)가 최소한 제 1 지지판에 인접해 있으며, 화상 요소가 친수성의 표면을 갖는 영역(13)에 의해 분리되어 있는 광 스위치.

Description

디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE}

본 발명은 제 1 투명 기판과 제 2 기판 사이의 공간내에서 서로 혼합되지 않는 최소한 한 개의 제 1 유체와 전기 전도성 또는 극성을 띄는 이온화된 제 2 유체를 포함하는 광스위치와 관련된 것이다.
특히, 본 발명은 제 1 투명 기판과 제 2 기판 사이의 공간에서 서로 혼합되지 않는 최소한 한 가지의 제 1 유체와 전기 전도성을 띄고 이온화된 제 2 유체를 가진 화상 요소(픽셀)을 포함하는 디스플레이 디바이스와 관련된 것이다.

광스위치는 셔터 응용, 조리개 뿐만 아니라 예컨대 디스플레이 적용에서 스위칭 가능한 컬러 필터에 사용될 수 있다.
TFT-LCD와 같은 디스플레이 디바이스는 랩톱 컴퓨터, 전자 수첩뿐만 아니라 GSM 전화에도 널리 적용되고 있고 있다. 예를 들어, LCD 대신에 (폴리머) LED 디스플레이 디바이스도 사용되고 있다.
현재 사용되고 있는 이러한 디스플레이 효과 외에도 페이퍼 화이트 응용에 적합한 전기영동 디스플레이와 같은 다른 디스플레이 기술이 진화하고 있다.
본 발명은 전기 습식(electro-wetting)이라고 하는 원리에 기초한 것이다. 본 발명은 제 1 상태의 유체 중 한 유체가 제 1 기판의 큰 부분에 인접해 있고 제 2 상태에서 다른 유체는 제 1 기판과 최소한 부분적으로 인접해 있는 원리를 사용하는 새로운 방법을 제공한다.
예를 들어, (제 1) 유체가 (컬러) 오일이고 제 2(다른) 유체가 물인 경우(계면 장력으로 인해) 물층과 오일층을 포함하는 이중층 시스템이 제공된다. 그러나, 물과 제 1 지지판의 전극 사이에 전압이 인가되면 정전기로 인해 오일층이 한 쪽으로 몰리고 분리된다. 물의 일부가 오일층을 투과하므로 화상 요소가 부분적으로 투명해진다.
이러한 원리에 기초한 디스플레이 디바이스는 PCT 출원 WO 03/071346(PH-NL 02.0129)에 설명되어 있다. 상기 출원에 나타난 대부분의 실시예에서 화상 요소는 한정된 공간(즉 실질적으로 폐쇄된 공간)에 대응하며, 제 2 상태에서 다른 유체는 제 1 기판에 실질적으로 완전히 인접해 있다. 상기 출원에 나타난 일 실시예에서 화상 요소는 픽셀 벽이 전체 픽셀 두께를 가로질러 연장되지 않는다고 설명되어 있다.
그러나, 실제로 이러한 픽셀 벽은 특히 작은 픽셀의 광성능에 많은 영향을 미치는 약 80㎛이상의 높이의 벽을 갖고 있다. 벽과 가까운 영역은 높은 유입 각도에서 픽셀 밝기에 영향을 주지 않으므로, 이러한 픽셀 벽의 존재로 픽셀 면적이 실제적으로 감소된다. 그 결과, 모든 픽셀의 밝기가 약해진다. 이러한 밝기의 감소는 더 작은 픽셀의 경우 더욱 심하다. 약 80㎛의 벽 높이에서 밝기의 손실은 500㎛× 500㎛ 픽셀에 대해 10~15% 이다.
또한 벽은 일반적으로 아래 표면에 부착되어 있다. 이러한 아래 표면은 종종 불소중합체 표면이므로 불소중합체가 매우 소수성이어서 기계적으로 결합이 다소 약하다. 또한 벽과 불소중합체 표면 사이의 접착제는 픽셀 영역으로 이동하는 경향이 있다. 이러한 경우, 오일이 접착제 표면에서 겉돌아서 오일은 이 부분의 픽셀을 커버하지 않는다. 이러한 영역은 "블랙" 오프 상태(black off-state)에서 반사력을 크게 증가시켜, 광 콘트라스트를 감소시킨다.

현재 발명의 목적들 중 한 가지는 전술한 문제를 최소한 부분적으로 극복하고자 하는 것이다.
이 목적을 위해 본 발명에 따른 광 디바이스는 상기 공간 내의 한 기판에 제 2 유체에 침습성이 낮은 표면영역을 포함하는데, 이러한 침습성이 낮은 표면 영역은 침습성이 높은 표면 영역으로 둘러싸여 있다.
엄격히 필요한 것은 아니지만 침습성이 낮은 표면 영역은 벽에 제공되는 침습성이 높은 표면에 의해 되도록 분리되는 것이 바람직하다.
20㎛ 이하로 벽을 낮춤으로써 축소된 오일 높이가 실제로 벽 높이보다 더 높은 범위 내에서 디바이스가 작동할 수 있다. 본 발명자는 벽의 바닥에 오일/물 경계면이 고정되어 오일이 픽셀 내부에 남아 있음을 실험을 통해 확인하였다. 디스플레이 응용에서 양쪽의 픽셀이 변환되었을 경우, 인접한 픽셀 내부에 있는 오일의 혼합 가능성은 전자력(電磁力)에 의해 제어되는 오일 동작이 구체화됨으로써 피할 수 있다.
본 발명의 이러한 그리고 다른 양상들은 이하 설명하는 실시예를 참조하여 명확히 밝혀질 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 기초가 되는 원리를 보여주기 위해 디스플레이 디바이스 일부의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따라 디스플레이 디바이스 일부의 다른 단면도를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따라 디스플레이 디바이스 일부의 단면도를 개략적으로 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따라 추가적인 디스플레이 디바이스 일부의 평면도.

도 5는 도 4의 V-V를 따른 개략적인 단면도.

도면은 개략적이며 축척에 맞춰 작성된 것이 아니다. 대응 요소들은 일반적으로 동일한 참조 번호로 표시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 기초가 되는 원리를 보여주는 디스플레이 디바이스(1)의 일부의 개략적인 단면도를 보여준다. 두 개의 투명 기판 (3, 7, 8, 4) 사이에 서로 섞이지 않는 제 1 유체(5)와 제 2 유체(6)가 제공된다. 예를 들어, 제 1 유체(5)는 헥사데칸과 같은 알칸이거나 이 예에서와 같이 (실리콘) 오일이다. 제 2 유체(6)는 전기 전도성이 있거나 극성이 있는 액체로서, 물 또는 소금물이다(예, 물과 에틸 알콜의 혼합물에 있는 KCI 유체).
제 1 상태에서, 외부 전압이 인가되지 않았을 때(도 1a), 유체(5, 6)은 유리 또는 플라스틱의 지지판(3, 4)을 포함하는 제 1 및 제 2 투명 기판(3, 7, 8, 4)에 인접한다. 제 1 지지판(3) 위에 예를 들어 인듐(주석) 산화물과 같은 투명 전극(7)이 제공되고, 이 예시에서, 침습성이 낮은(소수성의) 중간층(8)은 비결정 불소중합체(AF1600)이다.
전압(전압 소스 9)이 상호연결부(20, 21)를 통해 인가되었을 때, 층(5)은 한 쪽으로 몰리거나 작은 방울로 흩어진다(도 1b). 이러한 현상은 정전기 에너지 이득이 곡면 표면의 생성으로 인한 표면 에너지 손실보다 클 때 발생한다. 매우 중요한 양상으로서, 지지판(3)을 덮고 있는 연속 막(5)과 벽(2)에 인접한 막 사이에 있는 가역성 스위칭이 전기 스위칭 수단(전압 소스(9))에 의해 달성된다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 일 실시예를 도시하는데, 여기에서는 분리된 화상 요소들 사이의 벽이 명확성을 위해 생략되었다. 본 실시예에서, 픽셀 벽(13)은 전체 픽셀 두께를 가로질러 연장되지 않는다. 이러한 벽은 해당 기술 분야에서 알려진 오프셋 인쇄 또는 다른 인쇄 기술에 의해 얻어진다. 오일 막(5)은 매우 안정적이어서 픽셀 크기가 감소됨에 따라 안정성이 증가되는 것으로 나타난다. 따라서, 스위칭 동안 오일은 각 영역에 제한된 채 유지된다. 다른 참조 번호는 도 1의 번호들과 동일한 의미를 갖는다.
이 예에서 층(13)은 약 20㎛ 이하의 두께이며 제 1 유체(소수성)에 침습성이 더 높은 아래 부분 13^b과 침습성이 낮은(친수성) 위 부분 13^a(도 3 참조)으로 구성된다. 이렇게 하여 픽셀 벽의 아래 부분의 오일에 의한 침습으로 인해 균질의 광학 오프 상태가 보장된다. 그리고 픽셀이 활성화되면 침습성이 낮은(친수성) 위 부분으로 인해 오일 동작의 가역성이 유지된다. 특히, 침습성이 낮은(친수성) 부분(또는 표면 부분)이 양호한 스위칭에는 필수적인 것으로 발견되었다.
약 20㎛ 이하의 층 두께는 80㎛의 층과 관련하여 상당히 개선된 것이며, 밝기와 속도가 향상된다. 또한, 접착제의 부재로 인해 오일이 전체 픽셀 영역을 덮어 광 콘트라스트가 향상된다. 본 예시에서 층(13) 또는 층 부분 (13^a, 13^b)이 인쇄된다. 인쇄 절차는 매우 단순하고 유연하고, 이로써 높은 해상도의 전기 침습 디스플레이의 제작을 상당부분 촉진한다. 이러한 인쇄 절차에서 기판을 더욱 친수성으로 만들기 위해 O₂를 이용한 반응 이온 에칭 단계와 같은 기판의 사전 처리를 이용하는 것이 유익하다.
도 4, 5의 디스플레이에서 픽셀 영역 사이의 분리 영역은, 예컨대 레이저 방사, UV 오존 처리 또는 산소 플라즈마 처리를 통해, 기판의 인터픽셀 영역(13')을 제 1 유체(친수성)에 침습성이 낮게 만들어서 기판에 통합되었다. 도 4, 5의 추가 참고 번호는 다른 예시에서의 번호와 동일한 의미를 갖는다. 양 쪽 픽셀이 투명 상태로 전환될 때 인접 픽셀 안에 있는 오일이 혼합될 가능성은 전자(電磁)적 제어, 이 경우에서는 전극(7)에 개구(17)를 만들어서 제어된 오일 동작을 구체화하여 피할 수 있다.
원리를 여러 가지로 변형할 수 있다. 투과형 디바이스가 설명되었어도 디스플레이는 도 3의 점섬(14)으로 도시된 같이 반사체를 추가하여 반사형으로 제작될 수도 있다. 여기에서 선택된 전극 구성은 단지 예시이다. 원형 형상과 같은 다른 전극 구성을 선택할 수 있다. 이러한 원형 기하학체 형상은 셔터 응용과 조리개에 사용할 수 있다.
본 발명은 모든 새로운 특성과 이러한 특성들의 모든 조합에 존재한다. 청구항의 참조 번호는 보호 범위를 제한하지 않는다. "포함하다"라는 동사의 사용과 활용은 청구항에 기술된 요소 외의 요소의 존재를 배제하지 않는다. 다수로 사용된 단어는 해당 요소들이 복수로 존재하는 것을 배제하지 않는다.

본 발명은 제 1 투명 지지판과 제 2 투명 지지판 사이에서 서로 혼합되지 않는 최소한 한 개의 제 1 유체와 전기 전도성을 띄고 이온화된 제 2 유체를 포함하는 광스위치와 관련된 것으로써, 셔터 적용, 조리개뿐만 아니라 디스플레이 적용에서 스위치로 작동하는 컬러 필터 및 노트북 컴퓨터, 다이어리뿐만 아니라 GSM 전화에도 널리 적용할 수 있다.

Claims (12)

1. 화상 요소를 포함하는 디스플레이 디바이스로써, 상기 각 화상 요소는 제 1 투명 기판(3)과 제 2 기판(4) 사이의 상기 화상 요소의 공간 내에서 서로 혼합되지 않는 최소한 한 개의 제 1 유체(5)와 전기 전도성 또는 극성을 띄는 제 2 유체(6)를 갖고, 상기 제 1 유체는 상기 공간에 갖히고 제 2 유체는 상기 화상 요소들에 의해 공유되고,

   상기 화상 요소는 상기 제 1 유체에 대해서 침습성이 높은 적어도 하나의 상기 기판의 표면 영역(8) 및, 상기 제 1 유체에 대해서 침습성이 낮은 표면 영역(13^a, 13')으로서, 이웃하는 화상 요소의 침습성이 높은 표면 영역 사이에 배열되는 영역을 가지는, 화상 요소를 포함하는 디스플레이 디바이스.
2. 청구항 1에서,

   상기 침습성이 높은 표면 영역은 상기 침습성이 낮은 표면 영역에 의해 둘러싸인, 디스플레이 디바이스.
3. 청구항 1에서,

   상기 화상 요소의 상기 제 1 유체는 제 1 상태와 제 2 상태 사이에 전환가능하여, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태에서는 상기 침습성이 높은 표면 영역의 가장자리에 인접하고, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태에서 상기 제 1 기판의 더 큰 부분에 인접하고 상기 제 2 유체는 상기 제 2 상태에서 상기 제 1 기판에 적어도 부분적으로 인접하는, 디스플레이 디바이스.
4. 청구항 1에서,

   상기 침습성이 낮은 표면(13^a)은 벽(13)에 제공되는, 디스플레이 디바이스.
5. 청구항 4에서,

   상기 제 1 유체는 제 1 상태와 제 2 상태 사이에 전환 가능하여, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태에서 벽에 인접하고, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태에서 상기 제 1 기판의 더 큰 부분에 인접하고 상기 제 2 유체는 상기 제 2 상태에서 상기 제 1 기판에 적어도 부분적으로 인접하는, 디스플레이 디바이스.
6. 청구항 3 또는 5에서, 0 전압이 상기 제 1 상태에서 상기 하나의 기판의 전극과 상기 제 2 유체 사이에 적용되고, 0이 아닌 전압이 상기 제 2 상태에서 상기 전극과 상기 제 2 유체 사이에 적용되는, 디스플레이 디바이스.
7. 청구항 4에서,

   상기 벽의 아래 부분이 상기 제 1 유체에 대해 침습성이 더 높은, 디스플레이 디바이스.
8. 청구항 4 또는 7에서,

   상기 벽이 최대 20㎛의 높이를 갖는, 디스플레이 디바이스.
9. 제 1항 또는 제 2항에 따른 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법으로서,

   상기 하나의 기판의 적어도 일부가 레이저 방사, UV 오존 처리 또는 산소 플라즈마 처리를 통해 상기 제 1 유체에 대해 침습성이 낮아지도록 만들어지는 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 하나의 기판에는 주형을 통해 벽이 제공되는 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
11. 제 1항 또는 제 2항에 따른 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법으로서,

    상기 하나의 기판의 상기 침습성이 낮은 부분은 인쇄 방법을 통해 만들어지는, 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.
12. 제 11항에 있어서, 상기 하나의 기판은 반응성 이온 에칭을 통해 사전 처리되는 디스플레이 디바이스를 제조하는 방법.

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