KR101211199B1 - 광학 장치 - Google Patents
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Abstract
디스플레이를 위한 광학 장치가 개시된다. 이 광학 장치는 공동과, 상기 공동 내에서 유지되고, 서로 섞이지 않으며, 가장자리를 가지는 메니스커스(meniscus)에 의해 서로 분리되는 제 1 유체(14) 및 제 2 유체(16)를 포함한다. 제 1 및 제 2 유체는 가장자리(30)를 가지는 메니스커스(28)에 의해 서로로부터 분리된다. 이 광학 장치는 정전기력을 사용하여 상기 공동 내에서 상기 제 1 및 제 2 유체의 동작을 제어하기 위해 배열된 유체 동작 제어 시스템과, 제 1 표면(26) 및 제 2 표면(21)을 추가로 포함한다. 제 1 표면은 제 2 표면에 대한 습윤도와는 제 1 유체를 위한 습윤도를 갖는다. 제 1 및 제 2 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 가장자리의 제 1 부분(32)에서 우선적인 개시를 갖는 상기 공동 내에서의 상기 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열된다.
광학, 디스플레이, 유체, 전계, FET
Description
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로서, 특히 디스플레이 디바이스에 적합한 광학 장치에 대한 것이다.
상이한 광학 특성을 제공하기 위해 다른 유체 구성 사이에 스위치될 수 있는 유체를 포함하는 디스플레이 디바이스가 알려져 있다.
국제특허출원 제03/071346호는 이러한 디스플레이 디바이스를 기술한다. 스위칭 동안 유체의 활동은 이 유체에 인가된 전계를 수정하기 위해 특별한 형상을 갖는 절연층을 사용함으로써 제어된다. 특수 전극 구조 또는 비균질 오일 유체층이 유체 동작을 제어하기 위해 대안적으로 사용될 수 있다.
국제특허출원 제2006/021912호는 스위칭시, 화소내에서 유체의 우선적인 활동 방향을 결정하는 모양을 갖는 화소를 구비하는 디바이스를 기술한다.
국제특허출원 제2004/104671호는 이 유체 양단 간의 전압 인가에 의해 스위칭가능한 유체를 포함하는 광학 스위치를 기술한다. 전압을 인가하기 위해 사용된 전극은 스위칭시 유체의 우선적인 활동 방향을 결정하는 형상을 갖는다.
본 발명의 목적은 단순하고 제어된 방식으로 움직일 수 있는 이동가능한 유체를 구비한 광학 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 디스플레이 디바이스를 위한 광학 장치가 제공되며, 이 광학 장치는,
a) 공동;
b) 상기 공동 내에서 유지되고, 서로 섞이지 않으며, 가장자리를 가지는 메니스커스(meniscus)에 의해 서로 분리되는 제 1 유체 및 제 2 유체;
c) 정전기력을 사용하여 상기 공동 내에서 상기 제 1 및 제 2 유체의 동작을 제어하기 위해 배열된 유체 동작 제어 시스템; 및
d) 제 1 표면과 제 2 표면으로서, 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면과 다르게 상기 제 1 유체에 대하여 다른 습윤도를 갖는, 제 1 표면과 제 2 표면을 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 갖는 상기 공동 내에서의 상기 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열된다.
제 1 및 제 2 표면의 적합한 배열로, 제 1 및 제 2 유체는 유체 동작 제어 시스템의 활성화 이전에 일부 유체 구성을 채용한다. 유체 동작 제어 시스템이 활성화되는 경우, 정전기력이 유체에 인가된다. 이 유체 구성은 전계의 다른 세기로 하여금 공동 내의 유체의 다른 부분에 인가되도록 야기한다. 따라서, 유체의 동작 개시는 유체 동작의 개시가 모서리의 제 2 다른 부분에서 발생하기에 앞서 가장자리의 제 1 부분에서 발생한다. 이러한 방식으로, 제 1 및 제 2 표면의 다른 습윤도는 공동 내에서의 유체 동작을 제어한다.
유체의 이러한 제어된 활동은 바람직하게는 온-상태(여기서, 유체 동작 제어 시스템이 활성화된다)와 오프-상태(여기서, 유체 동작 제어 시스템은 활성화되지 않는다) 사이에서 유체의 반복되는 스위칭은 일관된 유체 동작을 생성하는 것을 보장한다. 예를 들면, 본 발명의 복수의 광학 장치를 병합하는 디스플레이 디바이스에서, 이러한 일관성(consistency)은 디바이스가 바람직하지 않은 이미지 불완전성없이도 고품질의 정지 및 움직이는 이미지를 디스플레이하는 것을 허용한다. 따라서, 디스플레이 디바이스의 다른 픽셀 사이의 균일성이 달성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 유체는 전기적으로 비전도성일 수 있고 제 2 유체는 전기적으로 전도성일 수 있다. 제 1 표면은 바람직하게는 제 2 유체에 대한 습윤도보다 더 낮은 제 1 유체에 대한 습윤도를 갖으며, 제 2 표면은 바람직하게는 제 2 표면에 대한 습윤도보다 더 높은 제 1 유체에 대한 습윤도를 갖는다. 이 유체 동작 제어 시스템은 바람직하게는 전기 습윤(electrowetting) 원리를 이용하여 유체를 움직이며, 유체 동작 제어 시스템은 제 1 및 제 2 유체 양단에 전압을 인가하도록 배열되어 정전기력을 제공할 수 있다. 제 2 유체는 바람직하게는 광학적으로 투명하고, 제 1 유체는 광학적으로 불투명일 수 있고/있거나 제 1 유체 및 제 2 유체 중 적어도 하나는 착색될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 및 제 2 표면은, 상기 제 1 부분에서의 상기 제 1 유체 두께가 상기 가장자리의 제 2 부분에서의 상기 제 1 유체 두께보다 작도록 배열된다.
제 1 표면을 습윤시키기 위해 제 1 및 제 2 유체의 경향 사이에서 차이때문에, 제 1 및 제 2 유체 중 하나는 2개 유체 중 다른 하나 보다 더 많이 제 1 표면을 습윤시키는 것을 택한다. 유체 중 하나는 단지 얇게 제 1 표면을 코팅할 수 있거나, 또는 조금도 제 1 표면을 코팅하지 않을 수 있지만, 그러나 쉽게 제 1 표면을 쉽게 습윤시킬 것인데, 왜냐하면 2개 표면의 습윤도에 차이에 때문이며, 따라서, 이는 제 1 유체의 두께로 하여금 제 1 및 제 2 부분에서 차이가 나도록 야기한다. 이는 유체 동작 제어 시스템의 활성화에 앞서 유체의 구성을 결정하여, 따라서 이는 유체 동작이 활성화시 개시되는 지점과 시간에 영향을 미친다.
나중에 추가로 상세하게 기술되는 바와 같이, 제 1 유체의 두께는 메니스커스(meniscus) 및 제 2 표면 사이에 취해진 거리로서 여기에 한정된다. 또한, 일반적으로는, 제 1 유체 두께에서의 변동은 제 2 유체 두께에서의 변동을 야기한다. 제 1 유체의 두께 변동은 제 1 유체의 다른 부분에 인가된 전계의 세기에 영향을 미치며, 따라서 이는 유체 동작 개시를 제어한다.
전기 습윤을 이용하는 알려진 스위칭 가능한 광학 시스템에서, 유체 동작을 개시하기 위해 전압 임계치 이상의 전압이 인가되어야 한다. 본 발명의 실시예에서, 제 1 및 제 2 표면의 습윤도는, 제 1 유체의 적어도 일부가 특정한 두께를 갖는 것을 보장함으로써, 임계치가 상당히 감소 또는 제거될 수 있도록 배열될 수 있다. 이러한 방식에서, 감소된 전압은 유체 동작을 개시하기 위해 요구되고, 본 발명의 장치는 동작되기 위해 낮은 전력을 요구한다. 이는 전원의 교체 또는 재충전 사이의 동작 지속 기간이 증가됨으로, 배터리 등에 의해 전원을 공급받는 휴대용 응용에 대하여 특히 유리할 수 있다. 전압 임계치의 감소 또는 제거는 장치의 다른 유체 구성을 획득하기 위해 요구된 전압의 곡선 플롯(curved plot)으로부터 어떤 히스테리시스를 감소 또는 제거한다. 이는 매우 유익한데, 왜냐하면 장치의 다른 그레이 스케일 상태를 신뢰할 수 있게 제공하기 위한 다수의 지속적으로 재생산 가능한 유체 구성이 획득될 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 표면은, 상기 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 공동 내에 있는 상기 유체의 우선적인 흐름 방향을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열된다.
제 2 부분에 앞서, 제 1 부분에서 유체 동작을 개시함으로써, 제 1 유체는 공동 내에서 특정 방향으로 흐르는 경향이 있다. 제 1 유체가 움직이므로, 제 2 유체는 또한 제 1 유체에 의해 더 이상 점유되지 않는 공동 내의 임의 공간을 점유하도록 움직인다. 제 1 및 제 2 표면을 적당하게 배열함으로써, 원하는 유체 흐름 방향이 획득될 수 있다. 픽셀로서 복수 장치를 포함하는 디스플레이 디바이스의 경우, 이는 픽셀 마다 유체 구성의 균일성을 보장한다.
추가로 바람직하게는, 상기 제 1 표면의 적어도 일부는 흑색으로 착색되며, 상기 공동의 주위에 적어도 부분적으로 배열된다.
이러한 방식으로 제 1 표면을 착색하는 것은 복수의 광학 장치를 포함하는 디스플레이 디바이스의 향상된 광학 콘트라스트를 제공한다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에서, 상기 공동은 적어도 하나의 벽에 의해 한정되며, 여기서 상기 적어도 하나는 상기 제 1 표면의 적어도 일부를 포함한다.
벽의 부분으로서 제 1 표면을 병합하는 것은 본 발명의 광학 장치가 단순하고 효율적으로 제조되는 것을 허용한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 표면은, 상기 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 제 1 유체가 점유하기 위해 상기 공동 내에서 우선적인 위치를 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열된다.
광학 장치는 유체 동작이 일단 활성화된다면 적어도 제 1 유체가 존재하기를 선호하는 공동에서의 위치를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 이 방식에서, 유체 동작이 완료되는 때 제 1 유체를 위하여 단점(end point)이 제공된다. 따라서, 반복된 유체 스위칭을 위한 유체 동작은 매우 일관적이다. 복수의 광학 장치가 픽셀로서 디스플레이 디바이스 내에 포함되는 경우, 이러한 일관성은 고품질의 정지 및 움직이는 이미지가 디스플레이의 픽셀 사이 최소 불균등성으로, 디스플레이되는 것을 허용한다.
추가로 바람직하게는, 이 장치는 상기 제 2 표면보다 상기 제 1 유체에 대하여 더 큰 습윤도를 가지고, 상기 우선적인 위치를 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열되는 추가 표면을 포함한다.
추가 표면의 제공은 우선적인 위치를 결정하기 위한 단순하고 효과적인 배열이다.
또한, 바람직하게는, 본 발명은 상기 광학 장치가,
e) 상기 제 2 유체와 섞이지 않고, 다른 가장자리를 갖는 추가 메니스커스에 의해 상기 제 2 유체로부터 분리된 제 3 유체; 및
f) 제 3 표면과 제 4 표면으로서, 상기 제 3 표면은 상기 제 4 표면과 다르게 상기 제 3 유체에 대하여 다른 습윤도를 갖는, 제 3 표면과 제 4 표면을 포함하는 것을 제공하되,
상기 제 3 및 제 4 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성시, 상기 다른 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 갖는 상기 공동 내에서의의 상기 제 2 및 제 3 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에서 배열된다.
제 3 유체는 광학 장치가 추가로 조정가능한 광학 특성을 제공하는 것을 허용한다. 유체 중 적어도 하나가 착색되는 실시예에서, 제 1 및/또는 제 3 유체의 방사빔 경로로의 스위칭은 이 장치가 빔의 색을 다르게 수정하는 것을 허용한다. 제 3 및 제 4 표면은 제 1 및 제 2 표면에 의해 제공된 것과 유사한 제어된 유체 동작에 대하여 제공된다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 표면을 포함하는 장치는 매우 제어되고 효율적인 방식으로 제 1, 제 2 및 제 3 유체의 동시적인 동작을 제공함으로써 매우 다양한 조절가능한 광학 특성이 제공되는 것을 허용한다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스가 제공되며, 여기서 상기 디스플레이 디바이스는 광학 장치 중 적어도 하나를 포함하며, 이 광학 장치는,
a) 공동;
b) 상기 공동 내에서 유지되고, 서로 섞이지 않으며, 가장자리를 가지는 메니스커스(meniscus)에 의해 서로 분리되는 제 1 유체 및 제 2 유체;
c) 정전기력을 사용하여 상기 공동 내에서 상기 제 1 및 제 2 유체의 동작을 제어하기 위해 배열된 유체 동작 제어 시스템; 및
d) 제 1 표면과 제 2 표면으로서, 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면과 다르게 상기 제 1 유체에 대하여 다른 습윤도를 갖는, 제 1 표면과 제 2 표면을 포함하되,
여기서, 상기 제 1 및 제 2 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 갖는 상기 공동 내에서의 상기 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열된다.
본 발명의 광학 장치를 디스플레이 디바이스로 병합함으로써, 매우 제어가능한 광학 특성이 이 디스플레이 디바이스에 제공된다.
바람직하게는, 상기 디바이스는 상기 디스플레이 디바이스 내에 디스플레이 픽셀 또는 서브-픽셀로서 동작하도록 각각 배열되고, 각각 서로에 대하여 배열되어 디스플레이 픽셀 매트릭스를 형성하는 복수의 상기 광학 장치를 포함한다.
이 광학 장치에 의해 제공된 유체 동작의 일관성은 디바이스의 광학 특성이 픽셀 매트릭스 양단에 걸쳐 균일한 방식으로 조절될 수 있음을 보장한다. 따라서, 디스플레이 디바이스는 고 품질의 정지 및 움직이는 이미지를 제공할 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징 및 이점은 단지 예를 위해 주어졌을 지라도, 첨부된 도면을 참조하는 본 발명의 선호되는 실시예의 다음 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 장치 부분에 대한 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 장치 부분에 대한 다른 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 4a, 5a 및 6a는 각기 본 발명에 따른, 유체 동작 개시 이전, 장치의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 4b, 5b 및 6b는 각기 본 발명에 따른, 유체 동작 개시 이후, 장치의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치 부분에 대한 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 8a, 9a 및 10a는 본 발명에 따른, 유체 동작 개시 이전, 장치의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 8b, 9b 및 10b는 본 발명에 따른, 유체 동작 개시 이후, 장치의 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치 부분에 대한 단면도를 개략적으 로 보여주는 도면.
도 12a, 13a 및 14a는 각기 본 발명에 따른, 유체 동작 개시 이전 장치 부분에 대한 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 12b, 13b 및 14b는 각기 본 발명에 따른, 유체 동작 개시 이후 장치 부분에 대한 단면도를 개략적으로 보여주는 도면.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 광학 장치(1)의 단면도를 개략적으로 도시한다.
광학 장치(1)는 이 실시예에서, 디스플레이 디바이스를 위한 하나의 서브 픽셀과 대응하는 전기 습윤 셀을 포함한다. 이 광학 장치(1)는 3개의 다른 서브-픽셀 영역(2, 4, 6)을 포함한다. 이 장치(1)는 복수의 서브-픽셀 영역(2, 4, 6)에 공통인 하단 및 상단 투명 기판 또는 지지 플레이트(8, 10)를 포함한다. 상단 및 하단 기판(8, 10)과 장치(1)의 주위 사이에 적어도 하나의 벽이 있게 된다.
장치(1)의 불완전한 벽(12)은 서로 서브-픽셀 영역(2, 4, 6)을 분리하고, 하단 기판(10)에 의해 지지되지만, 그러나 상단 기판(8)과 결합하기 위해 연장되지 않는다. 적어도 하나의 유체를 유지하기 위한 공동(13)은 기판(8, 10)과 벽(11, 12)에 의해 한정된다. 공동(13)에 대면하는 벽(11, 12) 중 어느 하나의 표면 중 일부는 바람직하게는 제 1 액체(14)에 대하여 덜 적셔지고, 제 2 액체(16)에 대하여 더 적셔질 수 있다. 예를 들면, 이러한 표면은 친수성일 수 있다. 전기 습윤 셀 및 그 제조에 대한 추가적인 상세는 특히 국제특허출원 제2005/098797호 및 제2006/017129호에 공개된다.
장치(1)의 공동(13)은 본 실시예에서 각기 제 1 액체(14) 및 제 2 액체(16)인 제 1 액체 및 제 2 액체를 포함한다. 제 1 및 제 2 액체(14, 16)는 서로 섞이지 않는다. 제 1 유체(14)는 전기적으로 비전도성이고 예를 들면 헥사데칸 또는 (실리콘) 오일과 같은 알칸일 수 있다. 제 2 액체(16)는 전기적으로 전도성 또는 극성이고, 물과 에틸 알콜의 혼합물 내의 Kcl 용액과 같은 물 또는 염용액일 수 있다. 제 1 액체(14)는 바람직하게는 불투명하고 제 2 액체(16)는 바람직하게는 투명하다. 제 2 액체(16)의 볼륨은 제 1 액체(14)의 볼륨 보다 더 크다.
하단 기판(10)의 상단상에 본 실시예에서 소수성 층(20)에 의해 덮인 제 1 전극(18)이 배열되고, 이는 균일한 두께를 가지며 공동(13)에 대면한다. 이 층은 예를 들면, 테프론TM AF1600와 같은 비결정성 플루오르 폴리머이다. 소수성 특성은 제 1 액체(14)로 하여금 소수성층(20)에 우선적으로 부착되는 것을 야기한다.
소수성층(20)은 절연체로서 동작하며, 이는 액체(12, 14)로부터 제 1 전극(18)을 분리한다. 추가 실시예에서, 추가 절연층은 제 1 전극(18)과 소수성층(20) 사이에 적용될 수 있다.
제 2 전극(22)은 제 2 전도성 액체(16)에 연결된다. 이 전극은 벽(12)에 의해 방해받지 않는 제 2 액체(16)를 공유하는 일련의 서브-픽셀(2, 4, 6)에 대한 공통 전극일 수 있다. 제 1 전극(18)은 인쇄 배선 매트릭스에 의해 하단 기판(10) 상 의 전기 단자에 연결된다. 바람직하게는, 전극 및 배선은 투명하고, 예를 들면 인듐 주석 산화물로 만들어진다. 매트릭스는 트랜지스터와 같은 스위칭 소자를 포함할 수 있으며, 이 경우 매트릭스는 능동 매트릭스로 불린다.
도 2는 점선 부분(24)에 의해 도 1에 표시된 장치(1) 부분을 개략적으로 도시한다. 친수성이고 예를 들면 아크릴 또는 폴리에스터로 만들어진 제 1 표면(26)이 소수성층(20)의 일부 상단상에 배열된다. 제 1 표면(26)은 소수성층(20) 상에 배열된 친수성층에 의해 제공된다. 도 3은 선 A-A를 따라 도시되고 도 2의 평면에 수직한 평면으로 취해진 장치(1) 부분의 단면도를 개략적으로 도시한다. 명료를 위해, 제 1 및 제 2 액체(14, 16)는 도시되지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각 서브-픽셀(2, 4, 6)은 형상에서 사각형이고, 하나의 제 1 표면(26)은 바람직하게는 각 서브-픽셀에 대하여 동일한 위치로, 서브-픽셀(2, 4, 6)의 각각의 한 코너에서 배열된다.
소수성층(20)은 장치(1)의 제 2 표면(21)을 제공하며, 이 표면은 공동(13)에 대면한다. 제 1 표면(26)은 제 2 표면(21)과 다르게 제 1 액체(14)에 대하여 다른 습윤도를 갖는다. 본 실시예에서, 제 1 표면(26)은 제 2 표면(21)보다 제 1 액체(14)에 대하여 더 낮은 습윤도를 가지며, 제 2 표면(21)보다 제 2 액체(16)에 대하여 더 높은 습윤도를 갖는다. 제 2 표면(21)은 제 1 표면(26) 보다 제 1 액체(14)에 대하여 더 높은 습윤도를 갖고, 제 1 표면(26)보다 제 2 액체(16)에 대하여 더 낮은 습윤도를 갖는다.
전극(20, 22) 양단에 영전압이 인가되는 액체(14, 16)의 구성을 보여주는 도 2를 다시 참조하면, 제 1 및 제 2 액체(14, 16)는 서로 섞이지 않고 가장자리(30)를 갖는 메니스커스(28)에 의해 서로 분리된다. 가장자리는 메니스커스(28)의 경계테두리이다. 제 2 액체(16)는 쉽게 제 1 표면(26)을 적시지 못하며, 그러므로 가장자리(30)의 제 1 부분(32)은 제 1 표면(26)과 제 2 표면(21) 사이에 형성된 계면에 위치된다. 가장자리(30)의 제 2 다른 부분(34)에서 제 1 액체(14)의 두께(t)는 제 2 부분(34)에서의 메니스커스(28)와 제 2 표면(21) 사이에서 도 2의 평면 방향으로 취해진다. 후속적으로 여기서 언급되는 제 1 액체(14)의 두께는 동일한 방향에서 취해지게 될 것이다. 제 1 부분(32)에서 제 1 액체(14)의 두께는 제 2 부분(36)에서의 두께(t) 보다 작으며, 본 실시예에서는 영이다. 제 1 액체(14)의 두께는 제 1 부분(32)으로부터 제 2 부분(34)까지, 적어도 부분적으로 곡선 프로파일에 따라 증가한다. 본 실시예에서, 제 1 액체(14)는 제 2 표면(21)을 덮지만, 그러나 제 1 표면(26)를 덮지 않으며, 제 2 액체(16)는 제 1 표면(26)을 덮지만, 그러나 제 2 표면(21)을 덮지 않는다.
장치(1)는 제 1 및 제 2 전극(18, 22)을 포함하는 유체 동작 제어 시스템(미도시)를 포함한다. 이 유체 동작 제어 시스템은 전기 습윤 원리를 이용하여, 공동(13) 내에서 제 1 및 제 2 유체(14, 16)의 활동을 제어하기 위해 배열된다. 전극(18, 22) 사이 전압을 인가함으로써, 전계가 전극 사이 및 액체(14, 16) 양단에 인가되며, 이는 액체로 하여금 정전기력으로 인해 움직이도록 야기한다. 제 2 액체(16)가 전기적으로 전도성이므로, 제 2 액체(16)는 대략 제 2 전극(22)과 동일한 전위차를 갖는다. 따라서, 전극(20, 22) 양단에 인가된 전압은 또한 제 1 액체(14) 의 두께 양단에 존재한다.
유체 동작 제어 시스템이 활성화되지 않는 경우, 제 2 표면(21) 양단에 전압이 인가되지 않는다. 유체 동작 제어 시스템이 활성화되지 않는 경우, 제 2 표면(21) 양단에 전압이 인가된다. 인가된 전압은 제 2 표면(21)으로 하여금 더 많이 정전기적으로 대전되도록 한다. 그러므로, 활성시, 제 2 액체(16)는 제 2 표면(21)으로 끌어 당겨지고 제 1 액체(14)는 제 2 표면(21)으로부터 반발된다. 따라서, 유체 동작 제어 시스템은 공동(13) 내에서 액체(14, 16)를 스위칭할 수 있다. 활성시, 제 1 액체(14)는 제 2 표면(21) 전역에서 수축하지만, 그러나 액체(14, 16)는 공동(13)에서 서로 위치를 완전하게 스위칭하지는 않는다.
도 3을 참조하면, 제 1 및 제 2 표면(26, 21)은 유체 동작 제어 시스템의 활성시, 제 1 액체(14)가 화살표(29)에 의해 표시된 바와 같이, 우선적인 방향으로 공동(13) 내에서 흐르도록 배열된다.
제 1 부분(32)에서 제 1 액체 두께가 제 2 부분(34)에서의 제 1 액체 두께(t)보다 작으므로, 제 2 액체(16) 양단의 전계는 소정의 인가된 전압에 대하여, 제 2 부분(34)에서 보다 제 1 부분(32)에서 세기상 더 크다. 그러므로, 제 2 액체(16)는 제 2 부분(34)에서 보다 제 1 부분(32)에서 제 2 표면(21)으로 더 큰 인력을 느끼며, 2개 액체(14, 16)의 동작은 제 2 부분(34)에 앞서 제 1 부분(32)에서 개시된다. 이 개시는 제 1 및 제 2 표면(26, 21) 사이의 계면을 따라 발생한다. 액체(14, 16)의 이러한 활동 동안, 활성화 이전 제 1 액체(14)에 의해 점유된 공동(13) 부분은 제 2 액체(16)에 의해 점유된다. 제 1 액체(14)의 동작이 일단 제 1 부분(32)에서 개시되었다면, 제 1 액체는 공동(13) 내에서 제 1 및 제 2 표면(26, 21) 배열에 의해 결정된 바와 같이, 제 2 표면(21)전역에서, 제 1 표면(26)을 갖는 코너로부터 멀리, 서브픽셀의 대각선으로 반대 코너쪽으로 우선적인 방향(29)으로 흐른다. 제 2 액체(16)는 또한 대략 제 1 액체(14)의 우선적인 방향(29)에 거의 반대인 우선적인 방향에서 제 2 표면(21)을 덮기 위해 흐른다. 바람직하게는, 제 1 부분(32)에서 제 1 액체 두께는 액체 동작을 개시하기 위해 요구되는 인가된 전압에 대하여 낮은, 또는 심지어 무 전압 임계치를 제공한다.
본 실시예에서, 일단 액체 동작이 최대까지 발생되었다면, 그리고 액체 동작 제어 시스템이 여전히 활성화되였다면, 제 1 액체(14)는 제 1 액체(14)가 우선적으로 흘렀던 쪽으로 코너에서 제 2 표면(21)의 최소 영역을 덮는다. 활성화 동안 더 큰 정전기 전하를 갖는 제 2 표면(21)과의 접촉을 최소로 하기 위해, 제 1 액체(14)는 활성화 이전에 제 2 부분(34)에서 제 1 액체(14)의 두께(t)보다 더 큰 최대 두께를 갖는다. 그러므로, 제 1 및 제 2 표면(26, 21)의 배열은 또한 일단 최대 유체 동작이 완료되면 제 1 액체(26)에 의한 점유에 대하여 서브-픽셀의 공동(13) 내에서 위치를 결정한다.
도 4a, 4b, 5a, 5b, 6a 및 6b는 활성화 이전 및 이후 공동(13) 내에서 액체의 구성을 보여준다. 이들 도면 각각은 도 3의 평면과 수직한 평면으로 취해진, 도 3에 도시된 장치(1) 부분에 대한 단면도를 도시한다. 도 4a 및 4b, 도 5a 및 5b, 그리고 도 6a 및 6b는 각기 도 3의 선 B-B, C-C 및 D-D를 따라 표시된 평면으로 보여진다. 도 4a, 5a 및 6a는 유체 동작 제어 시스템의 활성화 이전 장치(1)를 보여 주고, 도 4b, 5b 및 6b는 활성화 이후 장치(1)를 보여주며, 그리고 최대 유체 동작은 한번 발생한다.
도 7은 도 3의 장치와 동일한 평면으로 취해진 본 발명의 다른 실시예의 장치에 대한 단면도를 보여준다. 본 실시예의 특징은 이전 실시예를 위하여 기술된 특징에 유사하며, 100만큼 증가된 동일한 참조 번호를 사용하여 참조되며, 대응하는 설명이 또한 여기에 적용되기 위해 취해져야 한다.
본 실시예에서, 이전에 설명된 제 1 표면에 대한 유사한 성질을 갖는 제 1 표면(36)은 각 서브-픽셀(102, 104, 106) 내에서 공동(113)의 부분에 대한 주위 중 적어도 일부의 외부가 아닌 내부 상에 배열된다. 제 1 표면(36)은 제 2 표면(121)의 주위 부분상에 배열되고, 벽(111, 112)의 각각의 베이스 부분을 따라 연장되지만, 그러나 각 서브-픽셀의 한 코너에서, 제 1 표면(36)은 결여되며, 따라서 이는 공동(113)에 제 2 표면(121)의 부분(38)을 노출시킨다.
제 1 액체(114)가 제 1 표면(36)을 적시지 않음을 선호하므로, 제 1 액체(114)의 두께는 이전 실시예에 대하여 설명된 것과 유사한 이유로, 공동(113) 전역에서 변동된다. 활성화 이전에, 제 1 액체(114)는 노출된 부분(38)을 포함하여, 공동(113)에 노출된 제 2 표면(121) 부분을 적시기를 선호하고, 따라서 이를 덮기를 선호한다. 제 2 표면(121)의 이러한 노출된 부분을 덮는 제 1 액체(114) 부분은 바람직하게는 활성화 이전에 서로 합병된다. 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 액체 동작은 먼저 제 1 표면(36)에 가장 근접한 가장자리(130) 부분에서 개시되며, 따라서 제 1 및 제 2 표면(36, 121) 사이의 계면과 대응하는 선을 따라 개시된다. 활성화시, 제 1 액체(114)는 제 2 표면(121) 전역에서, 노출된 부분(38)에 대각선으로 반대에 있는 서브 픽셀의 코너로부터 제 2 표면(121)의 노출된 부분(38)쪽을 향하여 우선적인 방향(40)으로 움직인다. 제 2 액체(116)는 스위칭시, 이전에 기술된 것과 유사한 이유로, 다른 우선적인 방향으로 움직인다.
도 8a, 8b, 9a, 9b, 10a 및 10b는 본 실시예에서, 활성화 이전 및 이후 공동(113) 내에서 액체의 구성을 보여준다. 이들 도면 각각은 도 3의 평면에 수직한 평면으로 취해진, 도 7에 도시된 장치(101) 부분의 단면도를 보여준다. 도 8a 및 8b, 도 9a 및 9b, 그리고 도 10a 및 10b는 각각 도 7의 선 E-E, F-F 및 G-G를 따라 표시된 평면 내로 보여진다. 도 8a, 9a 및 10a는 유체 동작 제어 시스템의 활성화 이전 장치(101)를 보여주고, 도 8b, 9b 및 10b는 활성화 이후 장치(101)를 보여주며, 최대 유체 동작은 한번 발생한다.
본 실시예에서, 도 9a를 참조하면, 메니스커스(128)는 도 4a에 도시된 것과 다른 두께 프로파일을 갖는데, 왜냐하면 제 1 표면(36)은 서브-픽셀의 2개 양쪽상에 배열되고, 그 중간에 제 1 액체(114)를 갖기 때문이다. 개시는 먼저 제 1 표면(36)의 더 큰 범위로 인해, 이전 실시예에 대하여 보다 더 많은 가장자리(130) 부분에서 발생한다. 활성화 및 액체의 완전한 활동 이후, 그리고 도 10b에 도시된 바와 같이, 활성화 이전 노출된 부분(38)의 표면 및 위에 위치된 제 1 액체(114)의 볼륨(도 10a에 도시된 바와 같이)은 이제 활성화 이전 서브-픽셀(104)의 공동(113)의 나머지를 점유했던 제 1 액체(114)의 볼륨을 또한 포함한다.
도 11은 도 3의 것과 동일 평면으로 취해진, 본 발명의 다른 실시예의 장치 에 대한 단면도를 개략적으로 보여준다. 본 실시예의 특징은 이전 실시예에 대하여 기술된 특징과 유사하고 200만큼 증가된 동일한 참조 번호를 사용하여 참조되며, 대응하는 설명은 또한 여기에 적용하기 위해 취해야 져야 한다.
본 실시예에서, 장치(201)는 도 1, 2 및 3을 이용하여 기술된 것과 유사하다. 장치(201)는 추가 표면(42)을 포함하며, 이 추가 표면은 제 2 표면(221) 보다 제 1 액체(214)에 대하여 더 큰 습윤도 및 제 2 액체(216)에 대하여 더 낮은 습윤도를 갖는다. 본 실시예에서, 추가 표면(42)은 소수성이고, 예를 들면 플루오르 폴리머로 형성된다. 추가 표면(42)은 제 1 표면(226)이 위치된 코너와 동일한 평면 내에 있고 대각선으로 반대편에 있는 서브-픽셀(204)의 코너에 있는 제 2 표면(221)상에 배열된다. 유체 동작 제어 시스템의 활성화 이전에, 제 1 액체(214)는 제 2 표면(221) 및 추가 표면(42) 둘 다를 적신다. 제 1 액체(214)는 도 2 및 3을 사용하여 기술된 실시예의 제 1 액체(214)의 그것과 유사한 활성화 이전의 구성을 갖는다.
유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 액체(214 및 216)의 동작은 도 2 및 3을 이용하여 기술된 것과 유사한 방식으로, 메니스커스(228)의 제 1 부분에서 개시된다. 제 1 액체(214)는 제 2 표면(221) 전역에 걸쳐 우선적인 방향(44)으로 움직이고 제 1 표면(226)으로부터 멀어지며, 이는 도 2 및 3을 이용하여 기술된 우선적인 방향(28)에 유사하다. 활성화 이후, 그리고 액체 활동의 최대 범위 이후, 제 1 액체(214)는 추가 표면(42)을 덮고 추가 표면(42) 상에 위치된 공동(213)의 부분을 점유한다. 추가 표면(42)이 제 2 표면(221) 보다 제 1액체(114)에 대하여 더 젖기 쉽게되므로, 제 1 액체(114)는 활성시 제 2 표면(221)보다 오히려 추가 표면(42)을 적시는 것을 선호한다.
도 12a, 12b, 13a, 13b, 14a 및 14b는 본 실시예에서, 활성화 이전 및 이후 액체의 구성을 보여준다. 이들 도면 각각은 도 7의 평면과 수직한 평면으로 취해진, 도 11에 도시된 장치(201) 부분에 대한 단면도를 보여준다. 도 12a 및 12b, 도 13a 및 13b, 그리고 도 14a 및 14b는 각각 도 11의 선 H-H, I-I 및 J-J를 따라 표시된 평면으로 보여진다. 도 12a, 13a 및 14a는 유체 동작 제어 시스템의 활성화된 장치를 보여주고, 도 12b, 13b 및 14b는 활성화 이후 장치(201)를 보여주며, 최대 유체 동작은 한번 발생한다.
위의 실시예는 본 발명의 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 추가 실시예가 예측된다.
예를 들면, 본 발명의 장치는 제 2 액체와 섞이지 않는 제 3 유체를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 다른 가장자리를 갖는 추가 메니스커스에 의해 제 2 액체와 분리된다. 제 3 액체는 또한 제 1 액체와 섞이지 않을 수 있다. 제 3 유체는 헥사데칸 또는 (실리콘) 오일과 같은 알칸일 수 있다. 상단의 투명한 기판은 이전에 기술된 하단 플레이트에 유사한 방식으로, 동공에 대면하는 소수성층 및 전극과 함께 배열될 수 있다. 제 3 표면, 예를 들면 제 1 표면으로서 유사한 성질을 갖는 표면은 제 4 표면상에 배열될 수 있다. 제 4 표면은 상단 플레이트의 소수성층에 의해 제공된 표면으로서 여기에 한정되고 이전에 기술된 제 2 표면에 대한 유사한 성질을 가질 수 있다. 따라서, 제 3 표면은 제 4 표면과 다르게 제 3 유체에 대하여 다른 습윤도를 가질 수 있다. 제 3 표면 및 제 4 표면은 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 가장자리의 제 2 다른 부분에서 동작 개시 이전에, 다른 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 갖는 동공 내에서의 제 2 및 제 3 유체의 우선적인 동작을 결정하기 위해 공동에서 배열된다.
본 발명의 광학 장치는 이동 전화기의 디스플레이와 같은, 이미지를 디스플레이하기 위해 디스플레이 디바이스 내에서의 병합을 위해 배열될 수 있다. 이 디스플레이는 각기 디스플레이 내에서 디스플레이 픽셀로서 동작하도록 배열된 복수의 광학 장치를 포함할 수 있다. 각 장치는 도 3, 7 및 11에 예시된 바와 같이, 디스플레이 픽셀 매트릭스를 형성하기 위해 서로에 관련하여 배열될 수 있다.
장치의 각 서브-픽셀 주위의 내부 중 적어도 일부는 흑색으로 되어 디스플레이의 광학 콘트라스트를 개선할 수 있다. 예를 들면, 도 7을 사용하여 기술된 실시예의 각 서브-픽셀의 제 1 표면은 흑색 매트릭스를 제공하기 위해 흑색으로 착색될 수 있다. 공동의 주위에 적어도 부분적으로 및/또는 벽의 적어도 일부에 배열될 수 있는 제 2 표면의 적어도 일부도 또한 흑색으로 착색되어 광학 콘트라스트를 개선할 수 있다.
제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 추가 표면은 위에 기술된 것과 다르게 장치내에서 상이하게 배열될 수 있다. 예를 들면, 표면은 더 크거나 또는 더 작은 표면 면적을 가질 수 있고, 유체 동작의 우선적인 방향을 결정하기 위해 다른 구성으로 형상화될 수 있다. 특별한 습윤도를 갖는 표면의 물질이 선택되어 액체의 특별한 동작을 획득할 수 있다. 또한 추가 표면이 유체 동작에 대한 추가 제어를 제공하기 위해 공동 내에서 배열될 수 있다.
이전에 기술된 바와 같이, 제 1 액체는 제 1 표면을 적시기 쉽지 않으며, 제 1 및 제 2 표면 사이의 계면에 놓이는 메니스커스 가장자리의 부분이다. 추가 실시예에서, 제 1 액체는 사실 어느 정도까지 제 1 표면의 적어도 일부를 적실 수 있다. 이는 예를 들면, 공동 내에서 액체의 볼륨, 제 1 및 2 표면의 특정 습윤도, 및 제 1 및 제 2 액체의 특정 성질을 포함하는 인자에 의존할 수 있다.
사용된 유체는 기술된 유체와 다를 수 있다. 일부 유체 물질은 예를 들면, 표면 중 적어도 하나를 적시거나 또는 적시지 않는 이들의 특별한 경향때문에, 동작의 우선적인 방향을 획득하기 위해 선택될 수 있다. 유체 중 적어도 하나는 광학적으로 불투명 또는 투명할 수 있다.
추가적으로는, 유체 중 적어도 하나가 착색될 수 있다. 장치는 바람직하게는 전자기 방사, 바람직하게는 가시 광선 스펙트럼에서의 방사를 적어도 제 2 유체를 통하여 전송하기 위해 배열된다. 유체 중 적어도 하나가 불투명하다면, 장치는 광학 셔터로서 동작할 수 있고, 유체 중 적어도 하나가 착색된다면, 장치는 이 장치를 통과하는 방사의 가시적인 색을 수정할 수 있다. 이 방사는 자연광일 수 있거나, 또는 이 방사는 광원에 의해 제공될 수 있다.
유체 동작 제어 시스템이 배열되어 다른 유체 구성을 얻기 위해 유체에 다른 전압을 인가할 수 있다. 이전에 기술된 바와 같이, 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 액체는 최대 정도까지 움직여 제 1 액체는 제 2 표면의 최소 면적을 덮을 수 있다. 중간 유체 구성은 다른 전압을 인가하는 유체 동작 제어 시스템에 의해 달성 되므로, 제 1 액체는 제 2 표면의 다른, 최소한이 없는 범위를 덮을 수 있다. 이는 제 1 액체가 불투명인 경우, 장치가 다른 그레이-스케일 레벨을 제공하기 위해 복수의 다른 액체 구성을 제공하기 위해 배열될 수 있으므로, 특히 유익할 수 있다.
장치 및 서브-픽셀의 형상은 기술된 것과 다를 수 있다. 추가로, 벽 중 적어도 일부는 제 1 표면의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 예를 들면, 제 1 표면은 벽의 더 낮은 부분을 형성할 수 있다. 벽의 더 높은 부분은 하나의 서브-픽셀로부터 인접한 서브-픽셀로의 방향에서 취해지면 제 1 표면의 폭을 가질 수 있으며, 이는 동일한 방형으로 취해지면 제 1 표면의 폭보다 작다. 따라서, 제 1 표면은 벽의 더 높은 부분 넘어 각 서브-픽셀까지 연장될 수 있다.
임의 하나의 실시예와 관련하여 기술된 다른 특징은 독립적으로, 또는 기술된 다른 특징과 결합하여 사용될 수 있고, 또한 실시예 중 다른 하나에 대한 하나 이상의 특징과 결합하거나, 또는 실시예 중 다른 하나의 임의 결합하여 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 위에 기술되지 않은 균등물 및 개조물이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 사용될 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구항에서 한정된다.
본 발명은 광학 장치에 이용가능하며, 특히 디스플레이 디바이스에 적합한 광학 장치에 이용가능하다.
Claims (11)
- 디스플레이 디바이스를 위한 광학 장치로서,a) 공동;b) 상기 공동 내에서 유지되고, 서로 섞이지 않으며, 가장자리를 가지는 메니스커스(meniscus)에 의해 서로 분리되는 제 1 유체 및 제 2 유체;c) 정전기력을 사용하여 상기 공동 내에서 상기 제 1 및 제 2 유체의 동작을 제어하기 위해 배열된 유체 동작 제어 시스템; 및d) 제 1 표면과 제 2 표면으로서, 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면에 비해 상기 제 1 유체에 대하여 다른 습윤도를 갖는, 제 1 표면과 제 2 표면을 포함하되,상기 제 1 및 제 2 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 하는 상기 공동 내에서의 상기 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열되는, 디스플레이 디바이스를 위한 광학 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제 1 및 제 2 표면은, 상기 제 1 부분에서의 상기 제 1 유체의 두께가, 상기 가장자리의 제 2 부분에서의 상기 제 1 유체의 두께보다 작게 되도록 배열되는, 광학 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제 1 및 제 2 표면은 상기 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 공동 내의 상기 유체 흐름의 우선적인 방향을 결정하기 위하여 상기 공동 내에 배열되는, 광학 장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 제 1 및 제 2 표면은 상기 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 공동 내의 상기 유체 흐름의 우선적인 방향을 결정하기 위하여 상기 공동 내에 배열되는, 광학 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제 1 표면의 적어도 일부분은 흑색으로 되고, 상기 공동의 주위에서 적어도 부분적으로 배열되는, 광학 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 공동은 적어도 하나의 벽에 의해 한정되고, 상기 적어도 하나의 벽은 상기 제 1 표면의 적어도 일부를 포함하는, 광학 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 있어서,상기 제 1 및 제 2 표면은 상기 유체 동작 제어 시스템의 활성시, 상기 제 1 유체가 점유하기 위한 상기 공동 내의 우선적인 위치를 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열되는, 광학 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 장치는 상기 제 2 표면 보다 상기 제 1 유체에 대해 더 높은 습윤도를 가지는 추가 표면을 포함하되, 이는 상기 우선적인 위치를 결정하기 위해 상기 공동내에 배열되는, 광학 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 있어서,상기 광학 장치는,e) 상기 제 2 유체와 섞이지 않고, 다른 가장자리를 갖는 추가 메니스커스에 의해 상기 제 2 유체로부터 분리된 제 3 유체; 및f) 제 3 표면과 제 4 표면으로서, 상기 제 3 표면은 상기 제 4 표면에 비해 상기 제 3 유체에 대하여 다른 습윤도를 갖는, 제 3 표면과 제 4 표면을 포함하되,상기 제 3 및 제 4 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성시, 상기 다른 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 하는 상기 공동 내에서의 상기 제 2 및 제 3 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열되는, 광학 장치.
- 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스로서,상기 디스플레이 디바이스는,a) 공동;b) 상기 공동 내에서 유지되고, 서로 섞이지 않으며, 가장자리를 가지는 메니스커스(meniscus)에 의해 서로 분리되는 제 1 유체 및 제 2 유체;c) 정전기력을 사용하여 상기 공동 내에서 상기 제 1 및 제 2 유체의 동작을 제어하기 위해 배열된 유체 동작 제어 시스템; 및d) 제 1 표면과 제 2 표면으로서, 상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면에 비해 상기 제 1 유체에 대하여 다른 습윤도를 갖는, 제 1 표면과 제 2 표면을 포함하는 적어도 하나의 광학 장치를 포함하고,상기 제 1 및 제 2 표면은, 유체 동작 제어 시스템의 활성화시, 상기 가장자리의 제 1 부분에서 우선적인 개시를 하는 상기 공동 내에서의 상기 유체의 동작을 결정하기 위해 상기 공동 내에 배열되는, 이미지를 디스플레이하는 디스플레이 디바이스.
- 청구항 10에 있어서,상기 디바이스는 상기 디스플레이 디바이스 내에 디스플레이 픽셀 또는 서브-픽셀로서 동작하도록 각각 배열되고, 각각 서로에 대하여 배열되어 디스플레이 픽셀 매트릭스를 형성하는 복수의 상기 광학 장치를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
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