KR101496146B1 - 대전된 입자를 구비하는 광 셔터 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

대전된 입자를 구비하는 광 셔터 및 이를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

대전된 입자를 구비하는 광 셔터 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 개시한다. 본 개시에 따른 광 셔터는 전기장의 인가 방향에 따라 대전 입자의 위치를 변경함으로써 광을 차단하거나 통과시키는 것이 가능하다. 또한, 이러한 광 셔터를 디스플레이 장치의 화소로 사용함으로써, 새로운 유형의 디스플레이 장치를 제공하는 것이 가능하다. 대전 입자는 전기장의 변화에 매우 빠르게 반응하기 때문에, 구동 속도가 빠른 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Description

대전된 입자를 구비하는 광 셔터 및 이를 이용한 디스플레이 장치{Optical shutter having charged particle and display apparatus using the same}
본 개시는 대전된 입자를 구비하는 광 셔터 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
현재, 액정 디스플레이 장치와 플라즈마 디스플레이 장치가 평판형 디스플레이 장치로서 사용되고 있다. 또한, 차기 평판형 디스플레이 장치로서 OLED(Organic Light Emitting Diode)가 연구되고 있다. 이중에서, 플라즈마 디스플레이 장치와 OLED는 자체 발광형으로서 별도의 광원이 요구되지 않으며, 액정 디스플레이 장치는 자체 발광형이 아니기 때문에 백라이트 유닛과 같은 별도의 광원이 필요하다. 또한, 액정 디스플레이 장치와 같이 자체 발광형이 아닌 디스플레이 장치는 별도의 광원에서 방출된 광을 투과/차단시키는 광 셔터를 사용하여야 한다. 디스플레이 장치의 각각의 화소에 배치된 광 셔터가 개별적으로 광을 투과/차단함으로써 전체적인 화면을 구성할 수 있다. 예를 들어, 액정 디스플레이 장치에서 사용되는 광 셔터는 두 개의 편광판 및 상기 두 개의 편광판 사이에 배치된 액정층을 구비하고 있다. 편광판은 입사광 중에서 특정 편광 성분의 광만을 투과시키고 다른 편광 성분 의 광은 흡수하는 특성을 갖는다. 기존의 액정 디스플레이 장치의 경우, 이러한 편광판에 의한 광손실을 줄이기 위한 연구가 진행 중이다. 또한, 액정층의 사용으로 인해 발생하는 협소한 시야각을 증가시키기 위하여 많은 연구가 진행 중에 있다.
액정층과 편광판을 사용하는 대신에 대전된 입자를 사용하는 새로운 유형의 광 셔터를 제공한다. 또한, 대전된 입사를 사용하는 광 셔터를 이용하는 새로운 유형의 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 한 유형에 따른 광 셔터는, 서로 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 투명 전극; 내부에 밀폐된 공간이 형성되도록 상기 제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극 사이를 둘러싸면서 배치된 것으로, 광을 반사하는 반사벽; 및 상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간에 배치된 대전 입자;를 포함할 수 있다.
상기 광 셔터는, 상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간의 내벽 전체에 형성되어 있는 투명 절연막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 밀폐된 내부 공간 내에 하나의 대전 입자가 배치되어 있으며, 상기 제 1 투명 전극 상의 투명 절연막에 상기 대전 입자가 안착될 수 있는 제 1 요홈이 형성되어 있고, 상기 제 2 투명 전극 상의 투명 절연막에 상기 대전 입자가 안착될 수 있는 제 2 요홈이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 요홈은 제 2 요홈에 비해 좁게 형성될 수 있다.
상기 광 셔터는, 상기 제 1 투명 전극의 하부 또는 상부에 배치된 것으로, 광을 반사하는 반사판을 더 포함하며, 상기 반사판의 중심부에는 광이 통과할 수 있도록 개구가 형성될 수 있다.
한편, 상기 대전 입자의 직경이 상기 내부 공간의 직경보다 작고 상기 개구의 직경보다 클 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사벽은 전기 전도성을 가지며, 상기 광 셔터는 상기 반사벽과 제 1 투명 전극 사이에 배치된 제 1 저항층과, 상기 반사벽과 제 2 투명 전극 사이에 배치된 제 2 저항층을 더 포함할 수 있다.
대신에, 상기 반사벽은 유전체 미러로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동일한 극성으로 대전된 다수의 대전 입자들이 상기 밀폐된 내부 공간 내에 분산되어 있을 수 있다.
여기서, 상기 대전 입자의 표면에는 유전체 코팅이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 또는 제 2 투명 전극 상에 형성된 상기 투명 절연막의 부분에 미세한 관통구들이 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 광 셔터는, 상기 제 2 투명 전극 위에 배치된 양자-도트 컬러 필터 및 상기 양자-도트 컬러 필터 위에 배치된 UV 흡수층을 더 포함할 수 있다.
상기 광 셔터는 상기 제 2 투명 전극의 상면에 배치된 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 셔터는 상기 밀폐된 내부 공간의 바닥면과 측면을 둘러싸도록 배치된 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다수의 대전 입자들은 상이한 컬러 흡수 특성을 갖는 적어도 두 종류의 입자들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 대전 입자들은 파장 선택성 반사 특성을 갖는 입자들을 포함할 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 유형에 따른 디스플레이 장치는 상술한 구조의 광 셔터를 구비할 수 있다.
대전된 입사를 사용하는 광 셔터는, 대전된 입자가 전기장의 인가 방향에 따라 이동하여 광을 투과/차단시키는 방식이기 때문에, 빠른 속도의 구동이 가능하다. 또한, 이러한 광 셔터를 이용한 디스플레이 장치는 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 광 셔터 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 셔터(100)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 광 셔터(100)는 하부 투명 기판(101), 반사판(102), 하부 투명 전극(103), 하부 저항층(104), 반사벽(105), 투명 절연막(106), 상부 저항층(107), 상부 투명 전극(108), 상부 투명 기판(109) 및 구형의 대전 입자(110)를 포함할 수 있다. 반사벽(105)은 하부 투명 전극(103)과 상부 투명 전극(108) 사이를 둘러싸면서 배치되어, 내부에 밀폐된 공간(111)이 형성된다. 그리고 본 실시예에서 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 투명 기판(101,109)과 반사벽(105)에 의해 둘러싸여 밀폐된 내부 공간(111) 내에 하나의 대전 입자(110)가 배치된다. 도 1에는 단지 예시적으로 대전 입자(110)가 (+)로 대전되어 있으나, 실시예에 따라서는 (-)로 대전될 수도 있다.
이하에서는 편의상, 외부 광원에서 방출된 광이 광 셔터(100)의 하부로부터 입사하여 광 셔터(100)의 상부로 출사하는 것으로 설명한다. 광 셔터(100)의 하부를 살펴보면, 하부 투명 기판(101) 위에 반사판(102), 하부 투명 전극(103) 및 하부 저항층(104)이 차례로 배치되어 있다. 다만 도 1에는 반사판(102)이 하부 투명 기판(101)과 하부 투명 전극(103) 사이에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 상기 반사판(102)은 하부 투명 전극(103)과 하부 저항층(104) 사이에 배치될 수도 있다. 본 실시예에 따른 광 셔터(100)의 하부에는, 예를 들어, 백라이트 유닛과 같은 외부 광원(도시되지 않음)에서 방출된 광이 입사할 수 있는 좁은 통로가 반사판(102)과 하부 저항층(104)에 의해 형성되어 있다. 즉, 투명 기판(101) 위에 배치된 반사판(102)의 중심과 하부 투명 전극(103) 위에 배치된 하부 저항층(104)의 중심에는 광이 입사할 수 있도록 좁은 개구가 형성되어 있다. 그리고, 상기 밀폐된 내부 공간(111)의 측면을 둘러싸는 반사벽(105)의 하부 부분은 하부 저항층(104)의 상면 전체 위로 돌출하여 연장된 돌출부(105a)를 갖는다. 따라서, 외부 광원에서 방출된 광은 반사판(102), 하부 저항층(104) 및 반사벽(105)의 하부 부분에 의해 형성된 한정된 통로를 통해 광 셔터(100)의 내부 공간(111) 내로 들어올 수 있다.
또한, 광 셔터(100)의 상부를 살펴보면, 반사벽(105) 위에 상부 저항층(107) 이 배치되어 있으며, 상부 저항층(107) 위에 상부 투명 전극(108)과 상부 투명 기판(109)이 차례로 배치되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 셔터(100)의 상부 부분은 하부 부분에 비하여 넓은 광 이동 통로를 갖는다. 즉, 반사벽(105)의 하부 부분의 내측으로 연장된 돌출부(105a)가 반사벽(105)의 상부 부분에는 형성되어 있지 않다. 또한, 상부 저항층(107)은 반사벽(105)과 동일한 두께로 형성되어 있다. 따라서, 광 셔터(100)의 내부 공간(111)으로 들어온 광은 상부 부분의 비교적 넓은 통로를 통해 광 셔터(100)의 외부로 빠져나갈 수 있다.
광 셔터(100)의 내부 공간(111)의 내벽 전체에는 투명한 절연막(106)이 형성되어 있다. 즉, 투명 절연막(106)은 하부 저항층(104)의 개구에 의해 노출된 하부 투명 전극(103)의 상면 위에, 반사벽(105)과 상부 저항층(107)의 내벽에, 그리고 상부 투명 전극(103,108)의 하면에 걸쳐 형성되어 있다. 이러한 투명 절연막(106)은 광 셔터(100)의 내부 공간(111)에 있는 대전 입자(110)가 전기적으로 대전된 상태를 유지할 수 있도록 보호하는 역할을 한다. 투명 절연막(106)의 하부와 상부에는 대전 입자(110)가 안착할 수 있도록 깔대기 모양의 하부 요홈(112)과 상부 요홈(113)이 각각 형성되어 있다. 즉, 하부 투명 전극(103) 측의 투명 절연막(106)에 하부 요홈(112)이 형성되며, 상부 투명 전극(108) 측의 투명 절연막(106)에 상부 요홈(113)이 형성된다. 여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 요홈(112)은 상부 요홈(113)에 비하여 좁게 형성될 수 있다. 투명 절연막(106)의 하부 요홈(112)은 반사벽(105)의 하부 부분의 내측으로 연장된 돌출부(105a) 위로 자연스럽게 형성되어 있다. 반면, 투명 절연막(106)의 상부 요홈(113)은, 예를 들어, 투명 절연 막(106)의 가장자리 부분을 중심 부분보다 더 두껍게 함으로써 형성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 밀폐된 내부 공간(111) 내에는 전기적으로 대전된 하나의 대전 입자(110)가 배치되어 있다. 대전 입자(110)는 불투명한 재료로 된 입자를 (-) 또는 (+)로 대전시켜 얻는다. 예를 들어, 알루미늄과 같은 재료로 된 금속구를 대전시켜 대전 입자(110)를 얻을 수 있다. 이러한 대전 입자(110)는 내부 공간(111)으로 인가되는 전기장의 방향에 따라 하부 요홈(112) 또는 상부 요홈(113)에 안착될 수 있다. 대전 입자(110)의 직경은 내부 공간(111)의 직경보다는 작지만, 하부 요홈(112)의 중앙부에 위치하는 입사광의 통로의 직경보다는 크게 형성된다. 예를 들어, 대전 입자(110)의 직경은 1~10㎛ 정도로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 광 셔터(100)의 내부 공간(111)에서 대전 입자(110)는 전기적으로 대전된 상태를 항상 유지하여야 한다. 따라서 내부 공간(111) 내에는 전하를 가진 입자나 가스가 되도록이면 존재하지 않아야 한다. 특히, 산소는 (+)로 대전된 입자와 반응하기 쉬우므로, 내부 공간(111)에서 내에서 제거될 필요가 잇다. 이를 위해, 내부 공간(111)을 진공 상태로 유지할 수 있다. 대신에 아르곤(Ar)과 같은 희가스(noble)나 불활성 가스로 내부 공간(111)을 채울 수도 있다. 또는, 단순히 산소가 제거된 공기가 내부 공간(111)에 채워질 수도 있다.
도 2 및 도 3은 상술한 구조를 갖는 광 셔터(100)의 동작을 보이고 있다. 여기서, 대전 입자(110)는 (+)로 대전되어 있으며, 광 셔터(100)의 아래쪽에 별도의 광원(도시되지 않음)이 배치되어 있는 것으로 가정한다. 먼저 도 2를 참조하면, 예 를 들어, 하부 투명 전극(103)을 그라운드에 연결하고, 상부 투명 전극(108)에 (+) 전압을 인가한다. 그러면 도 2에 도시된 바와 같이, 위쪽에서 아래쪽으로 흐르는 전기장(E)이 내부 공간(111) 내에 발생하게 된다. 이에 따라, (+)로 대전된 대전 입자(110)는 전기장(E)의 방향을 따라 하부 요홈(112)에 안착하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 대전 입자(110)의 직경은 하부 요홈(112)의 중앙부에 위치하는 입사광 통로(즉, 개구)의 직경보다 크다. 따라서, 이 경우에는 광원에서 방출된 광이 반사판(102)에 의해 모두 반사되며, 광 셔터(100)의 내부 공간(111)으로는 들어오지 못한다. 그 결과, 도 2의 경우에 광 셔터(100)는 광학적으로 OFF 상태가 된다.
반면 도 3의 경우는, 하부 투명 전극(103)에 (+) 전압을 인가하고, 상부 투명 전극(108)을 그라운드에 연결한 상태이다. 그러면 도 3에 도시된 바와 같이, 아래쪽에서 위쪽으로 흐르는 전기장(E)이 내부 공간(111) 내에 발생하게 된다. 이에 따라, 대전 입자(110)는 전기장(E)의 방향을 따라 상부 요홈(113)에 안착하게 된다. 따라서 광 셔터(100) 하부의 입사광 통로가 개방되므로, 광원에서 방출된 광의 일부가 내부 공간(111)으로 들어오게 된다. 내부 공간(111)으로 들어온 광은 반사벽(105)을 따라 반사되면서, 광 셔터(100)의 상부를 향해 진행한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상부 요홈(113)은 하부 요홈(112)보다 크게 형성되어 있으며, 내부 공간(111)의 직경이 대전 입자(110)의 직경보다 크다. 따라서, 광은 최종적으로 투명 절연막(106)으로 형성된 상부 요홈(113)과 상부 투명 전극(108) 및 상부 투명 기판(109)을 통해 외부로 방출된다. 그 결과, 도 3의 경우에 광 셔터(100)는 광학적으로 ON 상태가 된다.
이러한 방식으로 본 실시예에 따른 광 셔터(100)는 전기장(E)의 인가 방향에 따라 대전 입자(110)의 위치를 변경함으로써 광을 차단하거나 통과시키는 것이 가능하다. 이러한 광 셔터(100)를 디스플레이 장치의 화소로 사용함으로써, 새로운 유형의 디스플레이 장치를 제공하는 것이 가능하다. 대전 입자(110)는 전기장의 변화에 매우 빠르게 반응하기 때문에, 구동 속도가 빠른 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에는 하부 투명 전극(103)과 상부 투명 전극(108)이 동일한 길이로 도시되어 있지만, 광 셔터(100)를 디스플레이 장치의 화소로서 사용할 경우에는 두 전극의 길이가 다르게 될 수도 있다. 예를 들어, 다수의 광 셔터(100)들이 배열되어 있는 디스플레이 장치에서, 다수의 하부 투명 전극(103)과 상부 투명 전극(108)은 서로 수직한 방향으로 교차하는 메시 형태의 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 예를 들어 하부 투명 전극(103)에 평행한 단면에서 보았을 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어 하부 투명 전극(103)은 길고 상부 투명 전극(108)은 짧게 될 수 있다. 그러면 상부 투명 전극(108)과 하부 투명 전극(103) 사이에 발생하는 전기장은 평행하게 되지 않고 아래쪽으로 갈수록 넓어지게 된다. 이로 인해, 광 셔터(100)의 내부 공간(111) 내에서 대전 입자(110)의 이동을 정확하게 유도하기 어렵게 될 수 있다.
따라서, 상부 투명 전극(108)과 하부 투명 전극(103) 사이에 발생하는 전기장을 거의 평행하게 만들기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 반사벽(105)에서도 전기장이 발생하도록 광 셔터(100)를 구성할 수 있다. 이를 위해 반사벽(105)은, 예를 들어, 전도성이 있는 금속으로 이루어질 수 있다. 그리고, 반사벽(105)이 상부 투명 전극(108)과 하부 투명 전극(103)에 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 그러나 반사벽(105)이 상부 투명 전극(108) 및 하부 투명 전극(103)에 직접적으로 연결될 경우, 전기적으로 단락 상태가 되므로, 반사벽(105)과 하부 투명 전극(103) 사이 및 반사벽(105)과 상부 투명 전극(108) 사이에 각각 하부 저항층(104)과 상부 저항층(107)을 배치한다. 하부 저항층(104)과 상부 저항층(107)은 반사벽(105)과 하부 투명 전극(103) 사이에 그리고 반사벽(105)과 상부 투명 전극(108) 사이에 각각 전위차가 존재하도록 하는 역할을 한다.
그러나, 실시예에 따라 반사벽(105)이 전기장을 형성하지 않아도 충분히 평행한 전기장을 얻을 수 있거나, 또는 평행한 전기장이 요구되지 않는 경우에는, 유전체 미러로 반사벽(105)을 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 하부 저항층(104)과 상부 저항층(107)이 필요 없으며, 반사벽(105)은 상부 투명 전극(108)과 하부 투명 전극(103) 사이에 직접 연결될 수 있다. 또한 이 경우에는, 반사벽(105)에 투명 절연막(106)이 배치될 필요가 없다. 투명 절연막(106)은 상부 투명 전극(108)과 하부 투명 전극(103)의 표면에만 배치되면 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 셔터(200)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1의 실시예와 비교할 때, 도 5에 도시된 광 셔터(200)는 하나의 대전 입자(110)가 아닌 동일한 극성으로 대전된 다수의 대전 입자(211)들을 구비한다는 점에서 차이가 있다. 또한 도 5에 도시된 광 셔터(200)의 경우 하부 및 상부 요홈(112,113)을 갖지 않는다. 도 5에는 투명 절연막(206)의 에지 부분이 내 부 공간(212)으로 돌출되도록 도시되어 있으나, 실제로는 거의 직사각형에 가까운 모양으로 형성되어도 무방하다. 나머지 구성은 도 1의 실시예와 거의 동일하다.
도 5를 참조하여 보다 구체적으로 광 셔터(200)의 구성을 살펴보면, 하부 투명 전극(203)이 하부 투명 기판(201)의 상면 위에 전체적으로 형성되어 있으며, 반사판(202)이 하부 투명 기판(201)과 하부 투명 전극(203) 사이에서 가장자리를 따라 배치되어 있다. 그리고, 하부 저항층(204)이 하부 투명 전극(203) 위에서 가장자리를 따라 배치되어 있다. 대신에 반사판(202)은 하부 투명 전극(203)과 하부 저항층(204) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 내부 공간(212)을 밀폐하기 위하여 반사벽(205)이 내부 공간(212)의 측면을 둘러싸도록 형성되어 있다. 반사벽(205) 위에는 상부 저항층(207)이 내부 공간(212)의 측면을 따라 배치되어 있으며, 상부 저항층(207) 위에 상부 투명 전극(208)과 상부 투명 기판(209)이 차례로 배치되어 있다. 그리고, 광 셔터(200)의 내부 공간(212)의 내벽 전체에는 투명한 절연막(206)이 형성되어 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 광 셔터(200)의 동작을 살펴본다. 여기서, 대전 입자(211)들은 모두 (+)로 대전되어 있으며, 광 셔터(200)의 아래쪽에 별도의 광원(도시되지 않음)이 배치되어 있는 것으로 가정한다.
앞서 설명한 바와 같이, 도 5에 도시된 광 셔터(200)의 내부 공간(212)에 채워진 다수의 대전 입자(212)들은 모두 동일한 극성으로 대전되어 있다. 따라서 내부 공간(212) 내에 전기장이 인가되지 않은 경우, 대전 입자(212)들은 척력에 의해 서로 밀어내므로 내부 공간(212) 내에 고르게 분산된다. 이 경우, 대전 입자(211) 들의 각각의 직경이 내부 공간(212)의 크기에 비해 매우 작기 때문에, 광원으로부터 방출된 광은 광 셔터(200)를 거의 손실 없이 통과할 수 있다. 예를 들어, 내부 공간(212)의 폭은 대략 10~500㎛ 정도일 수 있으며, 하나의 대전 입자(211)의 직경은 대략 1nm~1㎛ 정도일 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 내부 공간(212)에 약한 전기장을 아래쪽에서 위쪽 방향으로 인기하면, 대전 입자(211)들은 내부 공간(212)의 상부로 약간씩 이동하게 된다. 따라서, 내부 공간(212)의 상부에서는 대전 입자(211)들의 밀도가 증가하게 되며, 광 셔터(200)를 통과하는 광이 줄어들게 된다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 내부 공간(212) 내의 전기장의 세기를 더욱 강하게 하면, 모든 대전 입자(211)들이 내부 공간(212)의 상부에 모이게 되며, 그럼으로써 모든 광이 광 셔터(200)를 통과하지 못하게 된다.
도 1에 도시된 광 셔터(100)의 경우에는 단지 광의 투과/차단만을 제어할 수 있기 때문에, 블랙/화이트의 표현만을 할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 도 5에 도시된 광 셔터(200)는 내부 공간(212)에 인가된 전기장의 세기에 따라 광의 투과량을 제어할 수 있다. 따라서, 그레이 레벨의 제어 및 나아가 컬러의 표현도 가능하게 된다. 도 5에는 컬러 필터(210)가 상부 투명 기판(209) 위에 더 배치된 광 셔터(200)를 도시하고 있다. 컬러 필터(210)는 대신에 상부 투명 전극(208)과 상부 투명 기판(209) 사이에 배치될 수도 있다. 이러한 광 셔터(200)를 디스플레이 장치의 화소로서 사용할 경우, 컬러 디스플레이 장치의 구현이 가능하다.
또한, 도 5에 도시된 광 셔터(200)는 백라이트 유닛과 같은 별도의 전용 광 원만을 사용할 수도 있지만, 태양 또는 실내 전등과 같은 외부의 광원에서 발생한 광을 동시에 활용할 수도 있다. 예를 들어 도 5를 참조하면, 대전 입자(212)들이 내부 공간(212) 내에 고르게 분산되어 있기 때문에, 외부의 광은 컬러 필터(210), 상부 투명 기판(209), 상부 투명 전극(208)을 통과하여 내부 공간(212)으로 들어온 후, 반사벽(205)에서 반사되어 거의 손실 없이 다시 외부로 방출될 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 내부 공간(212)의 상부에서 대전 입자(211)들의 밀도가 증가되어 있기 때문에, 외부의 광은 내부 공간(212)으로 들어온 후, 일부만이 외부로 방출된다. 그리고, 도 7을 참조하면, 모든 대전 입자(211)들이 내부 공간(212)의 상부에 모여 있기 때문에, 외부의 광은 대부분 차단된다. 따라서, 외부 광의 세기가 매우 강한 환경에서는, 별도의 전용 광원 없이 외부 광만으로 동작하는 반사형 디스플레이 장치를 상기 광 셔터(200)를 이용하여 구현할 수도 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터(300)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 5에 도시된 광 셔터(200)와 비교할 때, 도 8에 도시된 광 셔터(300)는 컬러 필터(210)가 내부 공간(212) 내에 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(210)는 내부 공간(212)의 바닥면과 측면을 모두 둘러싸고 있다. 이 경우에도, 도 5 내지 도 7과 관련하여 설명한 동작 방식이 그대로 적용될 수 있으며, 별도의 전용 광원 뿐만 아니라 외부 광원의 활용도 가능하다. 도 8에 도시된 광 셔터(300)의 나머지 구성은 도 5에 도시된 광 셔터(200)의 구성과 동일하다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터(400)를 개략적으로 도시하 고 있다. 도 5에 도시된 광 셔터(200)와 비교할 때, 도 9에 도시된 광 셔터(400)는 두 종류의 컬러 흡수 특성을 갖는 대전 입자(211a,211b)를 사용하고 있다는 점에서 차이가 있다. 여기서, 두 종류의 대전 입자(211a,211b)들은 모두 동일한 극성으로 대전되어 있으며, 단지 컬러 흡수 특성만이 서로 다르다. 예를 들어, 유전체로 이루어진 코어와 금속으로 이루어진 쉘을 갖는 코어-쉘 구조의 미세 입자는, 코어와 쉘의 반경의 비율에 따라 상이한 컬러 흡수 특성을 갖는다는 것이 알려져 있다. 이러한 컬러 흡수 입자의 금속 쉘을 대전시키면 컬러 흡수 특성을 갖는 대전 입자를 얻을 수 있다. 본 실시예에 따르면, 코어와 쉘의 반경 비율이 서로 다른 두 종류의 대전 입자(211a,211b)를 사용함으로써 컬러를 구현할 수 있다. 예를 들어, 녹색을 구현하고자 하는 경우, 적색 대역의 광을 흡수하는 특성을 갖는 대전 입자(211a)와 청색 대역의 광을 흡수하는 특성을 갖는 대전 입자(211b)를 함께 혼합하여 사용할 수 있다. 따라서 도 9에 도시된 광 셔터(400)는 별도의 컬러 필터를 사용할 필요가 없다. 도 9에 도시된 광 셔터(400)의 나머지 구성은 도 5의 광 셔터(200)와 동일하다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터(500)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 10에 도시된 광 셔터(500)의 경우, 도 5에 도시된 광 셔터(200)와 비교할 때, 특정 컬러에 대해 반사 특성을 대전 입자(211c)를 사용하고 있다는 점에서 차이가 있다. 이러한 대전 입자(211c)는, 예를 들어, 파장 선택성 반사 특성을 갖는 입자를 대전시켜 얻을 수 있다. 따라서 도 10에 도시된 광 셔터(500)는 별도의 컬러 필터를 사용할 필요가 없다. 도 10에 도시된 광 셔터(500)의 나머지 구 성은 도 5의 광 셔터(200)와 동일하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터(600)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 11에 도시된 광 셔터(600)의 경우, 도 5에 도시된 광 셔터(200)와 비교할 때, 일반적인 컬러 필터 대신에 UV 광에 의해 여기되어 특정 파장의 가시광을 방출하는 양자-도트(quantum-dot) 컬러 필터(213)를 사용한다는 점에서 차이가 있다. 이러한 양자-도트 컬러 필터(213)는 예를 들어 레이저 등에서 사용되는 이득 물질로 이루어질 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상부 투명 기판(209) 위에는 양자-도트 컬러 필터(213)가 배치되어 있으며, 양자-도트 컬러 필터(213) 위에는 잔여 UV 광을 제거하기 위한 UV 흡수층(214)이 더 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우, 광 셔터(600)의 별도의 전용 광원으로서 UV 광을 방출하는 UV 광원(도시되지 않음)을 사용할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 광 셔터(600)의 경우, 대전되지 않은 상태의 입자를 내부 공간(212)에 넣은 후, 광 셔터(600)의 조립 후에 입자들을 대전시켜 대전 입자(211)로 만드는 것이 가능하다. 이를 위해, 상부 투명 전극(208)의 아랫면에 형성된 투명 절연막(206)의 상부(206a)에는 전자들이 통과할 수 있도록 미세한 관통구들이 형성되어 있다. 상기 관통구는 대전 입자(211)의 직경보다는 작기 때문에, 대전 입자(211)는 상부 투명 전극(208)에 접촉하지 않고 대전 입자(211)에서 나온 전자들만이 관통구를 통과한 후 상부 투명 전극(208)을 통해 배출될 수 있다.
한편, 도 11에는 투명 절연막(206)의 상부(206a)에 관통구들이 형성된 것으로 도시되어 있으나, 관통구는 투명 절연막(206)의 하부에 형성될 수도 있다. 또 한, 재료에 따라서는 전자들이 통과할 수 있을 정도의 구멍을 자연적으로 갖는 것도 있다. 이러한 재료를 사용할 경우에는, 인위적으로 관통구를 형성할 필요가 없다.
대전되지 않은 상태의 입자를 내부 공간(212) 내에서 대전시키는 방법에는 두 가지 방법이 있을 수 있다. 하나는 광전 효과(photoelectric effect)에 의한 광전자 방출(photoemission) 방식이다. 예컨대, 미세한 알루미늄 입자에 약 250nm 내지 300nm 파장의 UV 광을 조사하면, 알루미늄 입자 내의 하나의 알루미늄 원자마다 각각 하나의 전자가 방출될 수 있다. 따라서 본 실시예의 경우, 알루미늄 입자를 대전 입자(211)로서 사용하고, 광전자 방출을 위하여 광 셔터(600)의 별도의 전용 광원으로서 250nm 내지 300nm 파장의 UV 광원을 사용할 수 있다. 일단 알루미늄 원자로부터 하나의 전자가 방출된 후에는, 더 짧은 파장의 광이 조사되어야 전자가 방출되므로, UV 광으로 인해 대전 입자(211)가 추가적으로 더 대전되는 일은 발생하지 않는다. 입자를 대전시키는 동안 상부 투명 전극(208)에 (+) 전압을 인가하면, 대전 입자(211)로부터 방출된 전자는 투명 절연막(206)의 상부(206a)에 있는 관통구를 통과한 후, 상부 투명 전극(208)을 통해 빠져 나간다.
다른 방식으로, 상부 투명 전극(208)과 하부 투명 전극(203) 사이에 고압의 전압을 인가함으로써 전기적으로 입자를 대전시키는 방식이 있다. 예를 들어 상부 투명 전극(208)에 100~200V의 전압을 인가하면 입자로부터 전자가 방출되어 상부 투명 전극(208)을 통해 배출될 수 있다. 통상적으로 광 셔터(600)는 10V 이내의 전압으로 구동이 가능할 수 있으므로, 일단 입자들이 대전되어 대전 입자(211)가 형 성된 후에는 이러한 고압의 전압을 다시 인가할 필요는 거의 없다. 다만 대전 입자(211)들의 개수가 자연적으로 감소하는 것을 고려하여, 일정한 주기로 또는 광 셔터(600)의 턴온시에 한번 광 셔터(600)의 상부 투명 전극(208)에 고압의 전압을 인가하는 것을 고려할 수 있다.
지금까지 설명한 위의 대전 입자의 대전 방식들은 본 발명의 모든 실시예들에 적용될 수 있다.
한편, 상술한 실시예들에 따른 광 셔터(100,200,300,400,500,600)들은 고온의 제조 공정을 요구하지 않는다. 따라서 고온에 비교적 약한 플렉서블 재료를 기판으로서 사용하는 것이 가능하다. 예컨대, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 광투과성 수지 재료를 하부 투명 기판(101,201)과 상부 투명 기판(109,209)로 사용할 수 있다. 또한, 하부 투명 전극(103,203)과 상부 투명 전극(108,208)의 재료로서 ITO 대신에 투명한 전도성 폴리머를 사용할 수도 있다. 이렇게 광 셔터(100,200,300,400,500,600)를 플렉서블한 재료로 구성할 경우, 플렉서블 디스플레이 장치가 구현될 수 있다. 이때, 플렉서블한 야광 재료를 이용하여 백라이트 유닛과 같은 광원을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 대전 입자(110,211)의 표면에는 대전 상태가 유지될 수 있도록 유전체 코팅을 더 형성할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 입자로 이루어진 대전 입자(110,211)의 경우, 알루미늄 입자의 표현을 약간 산화시켜 Al2O3로 이루어진 유전체 코팅을 형성할 수 있다. 이 경우, 내부 공간(111,212)의 내벽을 둘러싸는 투명 절연막(106,206)을 사용하지 않을 수도 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 다양한 실시예들이 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 셔터의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 광 셔터의 동작을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 광 셔터의 내부에 형성되는 전기장의 형태를 예시적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 셔터의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 광 셔터의 동작을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 셔터의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100,200,300,400,500,600.....광 셔터
101,109,201,209.....투명 기판 102,202.....반사판
103,108,203,208.....투명 전극 104,107,204,207.....저항층
105,205.....반사벽 106,206.....투명 절연막
110,211.....대전 입자 111,212.....내부 공간
112,113.....요홈 210.....컬러 필터
213.....양자-도트 컬러 필터 214.....UV 흡수층

Claims (19)

  1. 서로 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 투명 전극;
    내부에 밀폐된 공간이 형성되도록 상기 제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극 사이를 둘러싸면서 배치된 것으로, 광을 반사하는 반사벽;
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간에 배치된 대전 입자;
    상기 반사벽과 제 1 투명 전극 사이에 배치된 제 1 저항층; 및
    상기 반사벽과 제 2 투명 전극 사이에 배치된 제 2 저항층;을 포함하며,
    상기 반사벽은 전기 전도성을 갖는 광 셔터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간의 내벽 전체에 형성되어 있는 투명 절연막을 더 포함하는 광 셔터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밀폐된 내부 공간 내에 하나의 대전 입자가 배치되어 있으며, 상기 제 1 투명 전극 상의 투명 절연막에 상기 대전 입자가 안착될 수 있는 제 1 요홈이 형성되어 있고, 상기 제 2 투명 전극 상의 투명 절연막에 상기 대전 입자가 안착될 수 있는 제 2 요홈이 형성되어 있는 광 셔터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 요홈이 제 2 요홈에 비해 좁게 형성되어 있는 광 셔터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 전극의 하부 또는 상부에 배치된 것으로, 광을 반사하는 반사판을 더 포함하며, 상기 반사판의 중심부에는 광이 통과할 수 있도록 개구가 형성되어 있는 광 셔터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 대전 입자의 직경이 상기 내부 공간의 직경보다 작고 상기 개구의 직경보다 큰 광 셔터.
  7. 삭제
  8. 서로 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 투명 전극;
    내부에 밀폐된 공간이 형성되도록 상기 제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극 사이를 둘러싸면서 배치된 것으로, 광을 반사하는 반사벽; 및
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간에 배치된 대전 입자;를 포함하며,
    상기 반사벽은 유전체 미러로 이루어지는 광 셔터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    동일한 극성으로 대전된 다수의 대전 입자들이 상기 밀폐된 내부 공간 내에 분산되어 있는 광 셔터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 대전 입자의 표면에 유전체 코팅이 형성되어 있는 광 셔터.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간의 내벽 전체에 형성된 투명 절연막을 더 포함하는 광 셔터.
  12. 서로 대향하여 배치된 제 1 및 제 2 투명 전극;
    내부에 밀폐된 공간이 형성되도록 상기 제 1 투명 전극과 제 2 투명 전극 사이를 둘러싸면서 배치된 것으로, 광을 반사하는 반사벽;
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간에 배치된 것으로, 동일한 극성으로 대전된 다수의 대전 입자; 및
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극과 반사벽에 의해 형성된 밀폐된 내부 공간의 내벽 전체에 형성된 투명 절연막;을 포함하며,
    상기 제 1 또는 제 2 투명 전극 상에 형성된 상기 투명 절연막의 부분에 미세한 관통구들이 형성되어 있는 광 셔터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 투명 전극 위에 배치된 양자-도트 컬러 필터 및 상기 양자-도트 컬러 필터 위에 배치된 UV 흡수층을 더 포함하는 광 셔터.
  14. 삭제
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 투명 전극의 상면에 배치된 컬러 필터를 더 포함하는 광 셔터.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 밀폐된 내부 공간의 바닥면과 측면을 둘러싸도록 배치된 컬러 필터를 더 포함하는 광 셔터.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 대전 입자들은 상이한 컬러 흡수 특성을 갖는 적어도 두 종류의 입자들을 포함하는 광 셔터.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 대전 입자들은 파장 선택성 반사 특성을 갖는 입자들을 포함하는 광 셔터.
  19. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 13 항, 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 광 셔터를 구비하는 디스플레이 장치.
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