KR101542400B1 - 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2이상의 마이크로 셔터 전극을 각각 서로 다른 전압에서 동작하도록 형성하여 계조 표현이 가능하도록 한다. 또한, 히스테리시스 특성을 가지는 경우 마이크로 셔터 전극에 초기화 전압을 인가한 후에 데이터 전압을 인가하여 히스테리시스 특성으로 인한 오작동을 제거한다.
이상과 같이 구동하여 마이크로 셔터 전극을 이용한 표시 장치에서 세분화된 계조 표현이 가능하다.
표시 장치, 개폐, 마이크로 셔터 전극, 계조 표현, 히스테리시스

Description

표시 장치 및 그 구동 방법 {DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계조 표현이 가능한 마이크로 셔터 전극을 사용한 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
표시 장치는 기존의 음극선관을 이용한 CRT(cathode ray tube) 방식에서 발전하여LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel) 등이 평면 표시 장치로 발전하고 있다. CRT 방식의 표시 장치는 전자빔을 형광물질과 충돌하도록 하여 화상을 표시한다. CRT 방식의 표시 장치는 대형화될수록 그 폭도 크게 증가하여 표시 장치를 대형화하기 어렵다는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 다수의 평면 표시 장치가 개발되었다. LCD 및 PDP가 가장 대표적인 평면 표시 장치이다. 평면 표시 장치는 대형화가 되더라도 그 폭이 깊지 않다는 장점이 있어 벽에 걸 수도 있다는 장점이 있다.
그러나 LCD는 응답속도가 늦다는 단점이 있으며, PDP는 소비전력이 크다는 단점이 있다.
이러한 기존의 평면 표시 장치의 단점으로 인하여 새로운 방식의 평면 표시 장치가 개발되고 있다
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 마이크로 셔터 전극을 이용하는 표시 장치에서 계조 표현이 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는 절연 기판, 상기 절연 기판 위에 형성되며, 투명한 도전 물질로 형성된 화소 전극, 상기 화소 전극 상부에 위치하는 절연막, 상기 절연막 상부에 위치하며, 빛을 차단하는 불투명 도전 물질로 형성되고, 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가받으며, 서로 다른 전압에서 개폐되는 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 포함한다.
상기 마이크로 셔터 전극은 상기 화소 전극과의 정전기력과 상기 마이크로 셔터 전극이 가지는 탄성력에 의하여 개폐될 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 서로 다른 탄성력을 가질 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 폭은 일정할 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 폭은 서로 다를 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 상기 마이크로 셔터 전극이 움직이는 부분과 고정단이 만나는 고응력부를 가지며, 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 상기 고응력부의 폭이 서로 다를 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 상기 마이크로 셔터 전극이 움직이는 부분과 고정단이 만나는 고응력부를 가지며, 상기 고응력부를 덮는 추가 필름을 더 포함하며, 상기 추가 필름은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극마다 그 높이가 다르게 형성되거나 형성된 추가 필름의 수가 다를 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 각각 서로 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 덮는 추가 필름을 더 포함하며, 상기 추가 필름은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극마다 그 길이가 다를 수 있다.
상기 화소 전극과 각각의 마이크로 셔터 전극 간의 정전기력은 서로 다를 수 있다.
상기 화소 전극은 상기 마이크로 셔터 전극에 대응하여 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있는 2 이상의 소부분을 포함할 수 있다.
상기 2 이상의 소부분 각각의 중심선과 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 중심선이 서로 일치할 수 있다.
상기 소부분과 상기 마이크로 셔터 전극이 서로 중첩하는 폭이 모두 동일할 수 있다.
상기 소부분과 상기 마이크로 셔터 전극이 서로 중첩하는 폭이 서로 다를 수 있다.
상기 2 이상의 소부분의 일측은 서로 연결되어 있을 수 있다.
상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극 사이를 통하여 투과하는 빛을 차단하는 차광 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 화소 전극 또는 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극과 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
게이트선, 데이터선, 및 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 포함하는 스위칭 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터를 더 포함하며, 상기 스위칭 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 게이트선 중 본단의 게이트선에 연결되며, 소스 전극은 상기 데이터선에 연결되며, 드레인 전극은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극에 연결되며, 상기 리셋 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 게이트선 중 전단의 게이트선에 연결되며, 소스 전극은 상기 화소 전극에 연결되며, 드레인 전극은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극에 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 구동 방법은 투명한 도전 물질로 형성된 화소 전극, 빛을 차단하는 불투명 도전 물질로 형성되고, 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받으며, 서로 다른 전압에서 개폐되는 2 이상의 마이크로 셔터 전극, 게이트선, 데이터선 및 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 상기 화소 전극 또는 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극에 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 장치의 구동 방법으로, 상기 게이트선에 게이트 온 전압을 인가하는 단계, 및 상기 데이터선을 통하여 리셋 전압과 데이터 전압을 교대로 인가하는 단계를 포함하며, 상기 게이트 온 전압이 인가되는 동안에 상기 리셋 전압과 데이터 전압이 각각 적어도 한번씩 인가되며, 상기 리셋 전압이 상기 데이터 전압보다 먼저 인가된다.
상기 리셋 전압은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 모두 초기화시킬 수 있는 전압일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 표시 장치는 하나의 화소에 서로 전기적으로 연결된 마이크로 셔터 전극이 적어도 2 이상 포함되며, 각 마이크로 셔터 전극은 서로 다른 전압에서 개폐가 이루어지도록 함으로써 전압에 따라 계조 표시가 가능하다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치 및 마이크로 셔터 전극의 동작에 따른 전압-투과율 곡선에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 단면도로서마이크로 셔터 전극의 동작에 대하여 도시하고 있으며, 도 2는 마이크로 셔터 전극에 인가되는 전압에 대한 투과율 그래프이다.
본 표시 장치는 크게 표시 패널과 백라이트 유닛(도시하지 않음)으로 구분할 수 있다. 표시 패널은 최외측에 하부 기판(도시하지 않음) 및 상부 기판(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 그 내부에 박막 트랜지스터(도시하지 않음), 화소 전극(191), 마이크로 셔터 전극(195) 및 화소 전극(191)과 마이크로 셔터 전극(195)을 서로 절연 시키는 절연막(180)을 포함한다. 여기서 화소 전극(191)은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있으며, 마이크로 셔터 전극(195)은 빛을 투과시키지 않는 불투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 또한, 색상을 표현하기 위하여 컬러 필터(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 빛이 누설되는 것을 막기 위하여 차광 부재(220; 도 7 및 도 8 참고) 따위가 형성되어 있을 수 있다. 박막 트랜지스터는 화소 전극(191) 및 마이크로 셔터 전극(195)의 아래에 형성될 수 있으며, 박막 트랜지스터는 화소 전극(191) 및 마이크로 셔터 전극(195) 중적어도 하나와 전기적으로 연결되어 있다. 이하의 실시예에서는 박막 트랜지스터가 마이크로 셔터 전극(195)과 연결되어 있는 실시예를 중심으로 기술한다.
한편, 백라이트 유닛은 광원을 포함하며, 실시예에 따라서 도광판(도시하지 않음), 반사판(도시하지 않음)등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 백라이트 유닛의 광원으로부터 표시 패널로 입사되는 빛을 마이크로 셔터 전극(195)의 동작에 의하여 차단하거나 투과시켜 화상을 표시한다.
마이크로 셔터 전극(195)은 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 탄성력(Fe)과 정전기력(Fs)에 의하여 동작하는데, 탄성력(Fe)은 마이크로 셔터 전극(195) 자체가 가지는 특성이며, 정전기력(Fs)은 마이크로 셔터 전극(195)과 화소 전극(191)간의 힘으로 실시예에 따라서 인력 또는 척력으로 작용할 수 있으며, 본 실시예에서는 인력인 경우를 중심으로 설명한다. 탄성력(Fe)과 정전기력(Fs)이 균형을 이루는 지점에서 마이크로 셔터 전극(195)이 위치할 것이므로 화소 전극(191) 또는 마이크로 셔터 전극(195)에 인가되는 전압을 조절하여 마이크로 셔터 전극(195)이 열리는 정도를 조절할 수 있다. 하지만, 실제 마이크로 셔터 전극(195)의 동작을 보면 도 2와 같이 동작한다. 도 2에서 T는 투과율을 나타내며, V는 마이크로 셔터 전극(195)에 인가되는 전압을 나타낸다.
즉, 마이크로 셔터 전극(195)이 닫히는 문턱 전압(Vth)보다 낮은 전압에서는 마이크로 셔터 전극(195)이 열려 있어 투과율이 최대를 이루다가 문턱 전압(Vth)부분에서 급격하게 동작하여 문턱 전압(Vth)보다 높은 전압에서는 투과율이 최소를 이룬다. 이와 같이 마이크로 셔터 전극(195)는 문턱 전압(Vth)부분에서 급격하게 동작하므로 마이크로 셔터 전극(195)에 인가되는 전압을 조절하여 마이크로 셔터 전극(195)의 열리는 정도를 제어하는 것은 어렵다.
이에 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에서는 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 포함하는 구조를 제안한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이며, 도 4는 도 3의 실시예의 마이크로 셔터 전극에 인가되는 전압에 대한 투과율 그래프이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에서 하나의 화소는 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는 4개의 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)을 포함한다. 여기서, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 동일한 폭 및 길이를 가진다. 한편, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 아래에는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 절연되어 형성되며, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195- 4) 4개가 형성된 영역을 모두 포함하는 영역에 위치하는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 각 화소 별로 구분되어 형성되어 있을 수도 있으며, 표시 패널 전체적으로 하나가 형성되어 있을 수도 있다.
마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 동일한 면적으로 형성되어 있지만, 서로 다른 탄성력(Fe)을 가지도록 형성되어 있다. 마이크로 셔터 전극(195-1 내지195-4)이 동일한 면적을 가지면서 서로 다른 탄성력(Fe)을 가지도록 하기 위하여 서로 다른 두께를 가지도록 형성하는 방법이 있다. 그 외 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)을 서로 다른 물질로 형성하는 방법도 있다. (도 9 참고) 기타, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력(Fe)을 서로다르게 하는 다양한 방법이 존재하며, 이에 대해서는 도 9 내지 도 11에서 상세하게 설명한다.
제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 1과 같은 관계를 가진다.
[수학식 1]
S1 < S2 < S3 < S4
이와 같이 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 서로 다른 탄성력(Fe)을 가지므로 이를 닫기 위해서는 화소 전극(191)과 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)사이에 서로 다른 정전기력(Fs)이 요구되며, 그에 따라 각 마이크로 셔터 전 극(195-1 내지 195-4)이 닫히는 문턱 전압(Vth)도 다르다. 즉, 탄성력(Fe)이 큰 마이크로 셔터 전극일수록 더 큰 정전기력(Fs)이 요구되므로 마이크로 셔터 전극이 움직이는 문턱 전압(Vth)도 크다. 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고 할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 2와 같은 관계를 가진다.
[수학식 2]
Vth1 < Vth2 < Vth3 < Vth4
이와 같은 내용을 기초로 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 인가되는 전압에 따른 화소의 투과율을 살펴보면, 도 4와 같다.
즉, 제1 문턱전압(Vth1)이하에서는모든 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 열려 있으므로 최대의 투과율을 나타낸다. 그 후 제1 문턱전압(Vth1)에서 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)이 닫혀 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)을 투과하는 빛이 차단된다. 본 실시예에서는 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 폭 및 길이가 동일하므로 최대 투과율의 1/4정도가 줄어들게 되어 최대 투과율의 3/4정도의 투과율을 나타낸다. 그 후 제2 문턱 전압(Vth2), 제3 문턱 전압(Vth3) 및 제4 문턱 전압(Vth4)에서 각각 제2 마이크로 셔터 전극(195-2), 제3 마이크로 셔터 전극(195-3) 및 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)이 닫히게 되므로, 각 문턱 전압을 경계로 투과율이 최대 투과율의 1/4정도씩 줄어들게 되고, 제4 문턱 전압(Vth4)이 상에서는 최소 투과율을 가진다.
이상과 같이 인가하는 전압에 따라서 하나의 화소를 총 4개의 계조로 구분 표시가 가능하다. 이상에서는 마이크로 셔터 전극을 4개로만 구분하였으나 실시예에 따라서는 그 이상 및 그 이하로 형성할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 도시하고 있다. 도 5의 실시예는 도 3과 달리 각 마이크로 셔터 전극의 폭이 서로 다르게 형성되어 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이며, 도 6은 도 5의 실시예의 마이크로 셔터 전극에 인가되는 전압에 대한 투과율 그래프이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치에서 하나의 화소는 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는 4개의 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)을 포함한다. 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 동일한 길이로 형성되지만, 폭은 서로 다르게 형성되어 있다. 한편, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 아래에는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 절연되어 형성되며, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4) 4개가 형성된 영역을 모두 포함하는 영역에 위치하는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 각 화소 별로 구분되어 형성되어 있을 수도 있으며, 표시 패널 전체적으로 하나가 형성되어 있을 수도 있다.
마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 서로 다른 폭으로 형성되어 서로 다른 탄성력(Fe)을 가지도록 형성되어 있다. 즉, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)중 폭이 두꺼운 것은 얇은 것에 비하여 동작할 때 소요되는 힘이 더 크다. 그러므로, 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 3과 같은 관계를 가진다.
[수학식 3]
S1 < S2 < S3 < S4
또한, 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 폭 및 면적도 위의 수학식 3에 비례한다.
이와 같이 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 서로 다른 탄성력(Fe)을 가지므로 이를 닫기 위해서는 화소 전극(191)과 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)사이에 서로 다른 정전기력(Fs)이 요구되며, 그에 따라 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 닫히는 문턱 전압(Vth)도 다르다. 즉, 폭이 큰 마이크로 셔터 전극일수록 더 큰 정전기력(Fs)이 요구되므로 마이크로 셔터 전극이 움직이는 문턱 전압(Vth)도 크다. 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고 할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 4와 같은 관계를 가진다.
[수학식 4]
Vth1 < Vth2 < Vth3 < Vth4
이와 같은 내용을 기초로 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 인가되는 전압에 따른 화소의 투과율을 살펴보면, 도 6과 같다.
즉, 제1 문턱전압(Vth1)이하에서는모든 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 열려 있으므로 최대의 투과율을 나타낸다. 그 후 제1 문턱전압(Vth1)에서 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)이 닫혀 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)을 투과하는 빛이 차단된다. 본 실시예에서는 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 면적이 가장 작으며, 해당 면적으로 가리는 부분만큼의 투과율이 줄어든다. 그 후 제2 문턱 전압(Vth2), 제3 문턱 전압(Vth3) 및 제4 문턱 전압(Vth4)에서 각각 제2 마이크로 셔터 전극(195-2), 제3 마이크로 셔터 전극(195-3) 및 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)이 닫히게 되므로, 각 문턱 전압을 경계로 해당 마이크로 셔터 전극(195-2, 195-3, 195-4)의 면적에 비례하여 투과율이 각각 감소하며, 제4 문턱 전압(Vth4)이상에서는 최소 투과율을 가진다.
이상과 같이 인가하는 전압에 따라서 하나의 화소를 총 4개의 계조로 구분 표시가 가능하며, 낮은 휘도에서보다 높은 휘도에서 계조를 더 많이 구분하고 있다. 실시예에 따라서는 낮은 휘도에서 보다 많은 계조를 형성할 수도 있다. 이상에서는 마이크로 셔터 전극을 4개로만 구분하였으나 실시예에 따라서는 그 이상 및 그 이하로 형성할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이다.
도 7의 실시예는 도 3과 같이 각 마이크로 셔터 전극의 폭(W)이 동일하게 형성되며, 서로 일정 간격(G)을 두고 서로 떨어져 있다. 한편, 도 3과 달리, 각 마이크로 셔터 전극에 대응하는 영역내에 화소 전극의 소부분이 형성되며, 각 화소 전극의 소부분은 길이(L1)는 동일하지만, 각 화소 전극의 소부분의 폭(W1, W2, W3)이 서로 다르게 형성되어 있다. 화소 전극의 소부분 및 마이크로 셔터 전극은 각각 일단이 서로 연결되어 있어 동일한 전압을 인가 받는다.
도 7에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치에서는 하나의 화소는 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는 4개의 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4) 및 이에 대응하는 4개의 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)을 포함한다.
마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 동일한 길이(L2) 및 폭(W)을 가지도록 형성되며, 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)간의 떨어진 간격(G)도 일정하다. 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 일단은 서로 연결되어 있어 동일한 전압을 가진다. 한편, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 아래에는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 절연되어 형성되며, 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 대응하는 4개의 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)이 형성되어 있다. 각 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)은 동일한 길이(L1)로 형성되지만, 각각 서로 다른 폭(W1, W2, W3)을 가지며, 서로 다른 간격(G1, G2, G3)을 두고 떨어져 형성되어 있다. 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)은 대응하는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 길이 방향 중심선을 중심으로 하여 위치한다. 또한, 각 화소 전극의 소부분 (191-1 내지191-4)의 일단은 서로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는다.
마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 서로 동일한 물질로 형성하며, 서로 동일한 폭을 가지므로 모두 동일한 탄성력(Fe)을 가진다. 즉, 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력(Fe)은 아래의 수학식 5과 같은 관계를 가진다.
[수학식 5]
S1 = S2 = S3 = S4
그러나 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)이 서로 중첩하는 면적이 다르므로 서로 다른 정전기력(Fs)을 가지며, 중첩하는 면적이 클수록 동일한 전압차이임에도 더 큰 정전기력(Fs)을 받는다. 즉, 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 정전기력(Fs)을 F1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 정전기력(Fs)을 F2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 정전기력(Fs)을 F3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 정전기력(Fs)을 F4라고 할 때, 동일한 전압차이에 대하여 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 인가되는 정전기력(Fs)은 아래의 수학식 6과 같은 관계를 가진다.
[수학식 6]
F1 > F2 > F3 > F4
이상의 탄성력(Fe)과 정전기력(Fs)을 고려해보면, 정전기력(Fs)이 크게 작용하는 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)이 보다 낮은 전압에서 동작한다. 그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고 할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 7와 같은 관계를 가진다.
[수학식 7]
Vth1 < Vth2 < Vth3 < Vth4
이와 같은 내용을 기초로 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 인가되는 전압에 따른 화소의 투과율을 생각해보면, 제1 문턱전압 (Vth1)이하에서는 모든 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 열려 있으므로 최대의 투과율을 나타낸다. 그 후 제1 문턱전압(Vth1)에서 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)이 닫혀 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)을 투과하는 빛이 차단된다. 본 실시예에서는 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 면적이 가장 크며 해당 면적으로 가리는 부분만큼의 투과율이 줄어든다. 그 후 제2 문턱 전압(Vth2), 제3 문턱 전압(Vth3) 및 제4 문턱 전압(Vth4)에서 각각 제2 마이크로 셔터 전극(195-2), 제3 마이크로 셔터 전극(195-3) 및 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)이 각각 닫히게 되므로, 각 문턱 전압을 경계 로 해당 마이크로 셔터 전극(195-2, 195-3, 195-4)의 면적에 비례하여 투과율이 각각 감소하며, 제4 문턱 전압(Vth4)이상에서는 최소 투과율을 가진다.
도 7에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)의 사이에 간격을 두고 형성되어 있다. 즉, 해당간격 부분을 통하여 빛이 항상 투과될 수 있다. 그러므로 추가적으로 해당 부분을 덮어 빛이 누설되지 않도록 하는 블랙 매트릭스 따위의 차광 부재(220)가 형성되는 것이 바람직하다.
이상에서는 마이크로 셔터 전극을 4개로만 구분하였으나 실시예에 따라서는 그 이상 및 그 이하로 형성할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 대하여 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이다.
도 8의 실시예는 도 7과 달리 각 화소 전극의 소부분 폭(W')이 동일하게 형성되며, 각 마이크로 셔터 전극의 폭(W1', W2', W3')이 서로 다르게 형성되어 있다. 한편, 도 8의 실시예는 도 7의 실시예와 같이 각 마이크로 셔터 전극 간에는 일정한 간격(G')을 두고 형성되며, 각 화소 전극의 소부분간의 간격(G1, G2, G3)은 서로 다르다. 화소 전극의 소부분 (191-1 내지 191-4) 및 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 각각 일단이 서로 연결되어 있어 동일한 전압을 인가 받는다.
도 8에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치에서 하나의 화소는 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는 4개의 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4) 및 이에 대응하는 4개의 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)을 포함한다.
마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 동일한 길이(L2')를 가지나 그 폭(W1', W2', W3')은 서로 다르게 형성되며, 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)간의 떨어진 간격(G')은 일정하다. 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 일단은 서로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는다. 한편, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 아래에는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 절연되어 형성되며, 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 대응하는 4개의 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)이 형성되어 있다. 각 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)은 동일한 길이(L1') 및 폭(W')으로 형성되어 있다. 또한, 각 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)간의 간격(G1', G2', G3')은 서로 다르다. 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)은 대응하는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 길이 방향 중심선을 기준으로 하여 형성되어 있으며, 각 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)의 일단은 서로 연결되어 동일한 전압을 인가 받는다.
마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)은 서로 동일한 물질로 형성하였지만, 그 폭이 달라 서로 다른 탄성력(Fe)을 가진다. 즉, 폭이 좁은 마이크로 셔터 전극(195-1)이 보다 작은 탄성력(Fe)을 가진다. 그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 8과 같은 관계를 가진다.
[수학식 8]
S1 < S2 < S3 < S4
한편, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)이 서로 중첩하는 면적은 동일하므로 동일한 정전기력(Fs)을 가진다. 즉, 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 정전기력(Fs)을 F1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 정전기력(Fs)을 F2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 정전기력(Fs)을 F3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 정전기력(Fs)을 F4라고 할 때, 동일한 전압차이에 대하여 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 인가되는 정전기력(Fs)은 아래의 수학식 9와 같은 관계를 가진다.
[수학식 9]
F1 = F2 = F3 = F4
이상의 탄성력(Fe)과 정전기력(Fs)을 고려해보면, 탄성력(Fe)이 작게 작용하는 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)이 보다 낮은 전압에서 동작한다. 그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고 할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 10과 같은 관계를 가진다.
[수학식 10]
Vth1 < Vth2 < Vth3 < Vth4
이와 같은 내용을 기초로 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)에 인가되는 전압에 따른 화소의 투과율을 생각해보면, 제1 문턱전압 (Vth1)이하에서는 모든 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 열려 있으므로 최대의 투과율을 나타낸다. 그 후 제1 문턱전압(Vth1)에서 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)이 닫혀 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)을 투과하는 빛이 차단된다. 본 실시예에서는 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 면적이 가장 작으며 해당 면적으로 가리는 부분만큼의 투과율이 줄어든다. 그 후 제2 문턱 전압(Vth2), 제3 문턱 전압(Vth3) 및 제4 문턱 전압(Vth4)에서 각각 제2 마이크로 셔터 전극(195-2), 제3 마이크로 셔터 전극(195-3) 및 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)이 각각 닫히게 되므로, 각 문턱 전압을 경계로 해당 마이크로 셔터 전극(195-2, 195-3, 195-4)의 면적에 비례하여 투과율이 각각 감소하며, 제4 문턱 전압(Vth4)이상에서는 최소 투과율을 가진다.
도 8에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)과 화소 전극의 소부분(191-1 내지 191-4)의 사이에 일정한 간격이 형성되어 있다. 즉, 해당 간격 부분을 통하여 빛이 항상 투과될 수 있다. 그러므로 추가적으로 해당 부분을 덮어 빛이 누설되지 않도록 하는 블랙 매트릭스 따위의 차광 부재(220)가 형성되는 것이 바람직하다. 차광 부재는 화소 전극(191-1 내지 191-4)의 하부 또는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 상부에 형성될 수 있다.
이상에서는 마이크로 셔터 전극을 4개로만 구분하였으나 실시예에 따라서는 그 이상 및 그 이하로 형성할 수 있다.
한편, 도 9 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있으며, 도 9 내지 도12에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 폭이 일정하여 정전기력(Fs)은 서로 차이가 없으나 서로 다른 탄성력(Fe)을 인가하는 구조를 구체적으로 구분하여 기술하고 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9 내지 도 12에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 폭 및 길이가 동일하게 형성되어 있으며, 화소 전극(191)도 도 3 및 도 5의 실시예에서와 같이 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 영역을 포함하는 영역에 하나로 형성되어 있다.
다만, 도 9 내지 도 12에서는 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 서로 다른 탄성력(Fe)을 가지는데, 이하 상세하게 살펴본다.
우선, 도 9에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 동작할 때 스트레스를 받는 부분(이하 '고응력부'라하며, 도면에서 T 영역으로 도시하고 있음)의 폭을 서로 다르게 형성하여 탄성력(Fe)을 조절하고 있다. 즉, 고응력부(T)의 폭이 넓을수록 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)을 동작시키기 어려우므로 탄성력(Fe)이 증가한다.
그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 11과 같은 관계를 가진다.
[수학식 11]
S1 > S2 > S3 > S4
한편, 탄성력(Fe)이 큰 마이크로 셔터 전극일수록 더 큰 정전기력(Fs)이 요구되므로 마이크로 셔터 전극이 움직이는 문턱 전압(Vth)도 크다. 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 12와 같은 관계를 가진다.
[수학식 12]
Vth1 > Vth2 > Vth3 > Vth4
한편, 도 10에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)이 동작할 때 스트레스를 받는 부분(이하 '고응력부(T)'라함)의 위에 부가적으로 추가 필름(196-1 내지 196-3)을 형성하여 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력(Fe)을 조절하고 있다. 즉, 고응력부(T) 위에 추가 필름(196-1 내지 196-3)이 많이 형성되거나 두껍게 형성될수록 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)을 동작시키기 어려우므로 탄성력(Fe)이 증가한다.
그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성 력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 13과 같은 관계를 가진다.
[수학식 13]
S1 > S2 > S3 > S4
한편, 탄성력(Fe)이 큰 마이크로 셔터 전극일수록 더 큰 정전기력(Fs)이 요구되므로 마이크로 셔터 전극이 움직이는 문턱 전압(Vth)도 크다. 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고 할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 14와 같은 관계를 가진다.
[수학식 14]
Vth1 > Vth2 > Vth3 > Vth4
또한, 도 11에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)을 서로 다른 물질로 형성하여 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력(Fe)을 조절하고 있다. 즉, 제1 마이크로 셔터 전극을 형성한 물질의 탄성력이 가장 좋으며, 제2 마이크로 셔터 전극, 제3 마이크로 셔터 전극으로 갈수록 탄성력이 점점 줄어드는 물질로 형성하고, 제4 마이크로 셔터 전극은 탄성력이 가장 낮은 물질로 형성한다.
그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성 력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 15와 같은 관계를 가진다.
[수학식 15]
S1 > S2 > S3 > S4
한편, 탄성력(Fe)이 큰 마이크로 셔터 전극일수록 더 큰 정전기력(Fs)이 요구되므로 마이크로 셔터 전극이 움직이는 문턱 전압(Vth)도 크다. 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 16과 같은 관계를 가진다.
[수학식 16]
Vth1 > Vth2 > Vth3 > Vth4
다음으로, 도 12에서는 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)위에 또 다른 추가 필름(197-1 내지 197-3)을 부착하고, 부착된 추가 필름(197-1 내지 197-3)의 길이를 서로 다르게 하여 각 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력(Fe)을 조절하고 있다. 즉, 제1 마이크로 셔터 전극 위에는 제1 추가 필름(197-1)이 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 전 부분에 걸쳐 형성되며, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2) 및 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)으로 갈수록 추가 필름(197-2, 197-3)의 길이가 짧게 형성되어 있다. 또한, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 위에는 추가 필름을 형성하지 않는다.
그러므로 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 탄성력(Fe)을 S1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 탄성력(Fe)을 S2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 탄성력(Fe)을 S3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 탄성력(Fe)을 S4라고 할 때, 마이크로 셔터 전극(195-1 내지 195-4)의 탄성력은 아래의 수학식 17과 같은 관계를 가진다.
[수학식 17]
S1 > S2 > S3 > S4
한편, 탄성력(Fe)이 큰 마이크로 셔터 전극일수록 더 큰 정전기력(Fs)이 요구되므로 마이크로 셔터 전극이 움직이는 문턱 전압(Vth)도 크다. 제1 마이크로 셔터 전극(195-1)의 제1 문턱전압을 Vth1이라 하고, 제2 마이크로 셔터 전극(195-2)의 제2 문턱전압을 Vth2라 하고, 제3 마이크로 셔터 전극(195-3)의 제3 문턱전압을 Vth3이라 하고, 제4 마이크로 셔터 전극(195-4)의 제4 문턱전압을 Vth4라고 할 때, 문턱 전압 Vth1 내지 Vth4는 아래의 수학식 18과 같은 관계를 가진다.
[수학식 18]
Vth1 > Vth2 > Vth3 > Vth4
이상과 같이 다양한 실시예를 통하여 탄성력(Fe) 및 정전기력(Fs)을 조절하여 서로 다른 문턱 전압(Vth)에 동작하도록 하여 계조를 표현하는 화소 구조를 살펴 보았다.
이러한 화소에 형성되어 있는 박막 트랜지스터(도시하지 않음)에는 도 13과 같은 게이트 전압(Vgate) 및 데이터 전압(Vdata)이 인가될 수 있다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따라 표시 장치에 인가되는 게이트 전압 및 데이터 전압의 파형도이다.
즉, 게이트 전압(Vgate)이 인가되면, 이에 연결된 박막 트랜지스터가 턴 온되어, 데이터 전압(Vdata)이 마이크로 셔터 전극(195)에 인가된다. 이렇게 인가된 전압에 의하여 화소 전극(191)과 마이크로 셔터 전극(195)간에 정전기력이 발생하며, 정전기력이 마이크로 셔터 전극(195)의 탄성력(Fe)보다 크면 마이크로 셔터 전극(195)이 닫히게 된다.
그러나 이와 같은 구동 방식으로는 도 14와 같은 전압-투과율의 히스테리시스(Hysteresis)를 가지는 마이크로 셔터 전극(195)을 구동하기는 어렵다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 전압에 대한 투과율의 히스테리시스를 나타내는 그래프이다.
살펴보면, 도 14에서는 3개의 마이크로 셔터 전극(195)이 형성된 표시 장치에서 전압을 증가시켰다가 다시 감소시킨 경우 나타나는 투과율을 보여준다. 우선 A, B 및 C 곡선은 전압을 증가시켜 마이크로 셔터 전극(195)이 열릴 때 발생하는 투과율의 변화를 보여주며, A', B' 및 C' 곡선은 전압을 감소시켜 마이크로 셔터 전극(195)이 닫힐 때 발생하는 투과율의 변화를 보여준다. 또한, 도 14에서 실험한 표시 장치는 도 1 내지 도 12의 실시예와 달리 전압이 높아지면 마이크로 셔터 전극(195)이 열려 투과율이 향상되도록 형성된 실시예이다.
B 및 B'곡선을 중심으로 설명하면, 전압을 서서히 증가시키면 마이크로 셔터 전극(195)이 열릴 때까지는 투과율이 최소 투과율을 유지하다가 문턱 전압(Vb)을 넘으면서 마이크로 셔터 전극(195)이 급격하게 열려 최대 투과율을 나타낸다. 계속 전압을 증가하여도 최대 투과율을 유지한다. 그 후, 전압을 서서히 줄이면, 문턱 전압(Vb) 근처에서도 마이크로 셔터 전극(195)이 닫히지 않아 투과율이 계속 최대 투과율을 유지하며, Vb' 전압(닫힐 때의 문턱 전압이라 함)에 이르러서야 마이크로 셔터 전극(195)이 닫혀 최소 투과율로 돌아온다. 그러므로 열릴 때의 문턱 전압(Vb)과 닫힐 때의 문턱 전압(Vb')이 서로 달라 도 14와 같은 히스테리시스 특성을 가진다. 한편, 도 14에서는 전압이 증가하면 투과율이 서서히 증가하는 것을 볼 수 있는데, 이는 정전기력(Fs)에 의하여 마이크로 셔터 전극(195)의 일부가 움직이면서 누설되는 빛이 발생하기 때문이다.
도 14에서 A 및 A'으로 표시된 마이크로 셔터 전극(이하 A 마이크로 셔터 전극이라 함)은 B 및 B'으로 표시된 마이크로 셔터 전극(이하 B 마이크로 셔터 전극이라 함)에 비하여 낮은 문턱 전압을 가지며, C 및 C'으로 표시된 마이크로 셔터 전극(이하 C 마이크로 셔터 전극이라 함)은 B 마이크로 셔터 전극에 비하여 높은 문턱 전압을 가진다.
하나의 화소에 A, B 및 C 마이크로 셔터 전극이 형성된 경우에 A, B 마이크로 셔터 전극이 열린 상태에서 B만을 닫으려고 하는 경우 일반적으로 문턱 전압(Vb)보다 낮은 전압을 인가하여도 닫히지 않는다. 즉, 전압을 도 14의 Va 전압으로 낮추더라도 B 마이크로 셔터 전극이 닫히는 문턱 전압(Vb')보다 높으므로 B 마이크로 셔터 전극이 열린 상태를 유지한다. 이와 같이 히스테리시스 특성을 가지는 경우에는 닫힐 때의 문턱 전압을 별도로 저장하여 닫힐 때는 닫힐 때의 문턱 전압 이하로 전압을 인가할 수도 있다. 그러나 하나의 화소에 다수의 마이크로 셔터 전극이 형성된 경우에는 닫힐 때의 문턱 전압이 매우 좁은 전압 범위내에 다수 형성되어 조절이 어려울 수도 있으며, 매번 닫을 때마다 해당 마이크로 셔터 전극이 열린 상태인지를 확인해야 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 극복하기 위하여 도 15와 같은 방식으로 표시 장치를 구동하거나 도 16과 같은 구조의 표시 장치를 사용한다.
우선, 도 15의 구동 방식을 살펴본다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 표시 장치에 인가되는 게이트 전압 및 데이터 전압의 파형도이다.
게이트 온 전압이 인가되면, 이에 연결된 박막 트랜지스터가 턴 온 되어, 데이터선에 인가된 전압이 마이크로 셔터 전극(195)에 인가된다. 게이트 온 전압이 인가되는 구간(1H)동안 마이크로 셔터 전극(195)이 인가받는 전압은 2개의 레벨을 가진다. 즉, Vreset 레벨의 전압과 마이크로 셔터 전극에 인가하고자 하는 데이터 전압(Vdata)이 인가된다. 여기서 Vreset 전압은 도 14의 히스테리시스상에서 모든 마이크로 셔터 전극이 원상태(도 14에서는 닫히는 상태이며, 도 1 내지 도12에서는 열린 상태임)로 돌아오도록 하는 낮은 전압이다.
이와 같이 전압을 인가하면, 한 프레임 전의 데이터 전압(Vgdata)으로 인하여 마이크로 셔터 전극이 움직인 상태(도 14에서는 열린 상태이며, 도 1 내지 도 12에서는 닫힌 상태임)이더라도 Vreset 전압에 의하여 다시 원상태로 복귀한 후 다시 전압이 인가되므로 마이크로 셔터 전극이 원하는 상태로 동작하게 된다. 그 결 과 도 14의 히스테리시스로 인하여 발생하는 문제는 제거된다.
한편, 도 16에서는 화소 구조를 변경하여 히스테리시스로 인한 문제를 제거한 실시예를 도시하고 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 회로도이다.
도 16에 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 하나의 화소에는 본단(N번째)의 게이트선 및 데이터선에 연결된 스위칭 TFT, 전단(N-1번째)의 게이트선 및 데이터선에 연결된 리셋 TFT, 2 이상의 마이크로 셔터 전극(195) 및 화소 전극(191)을 포함한다.
스위칭 TFT 및 리셋 TFT는 각각 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하며, 스위칭 TFT의 게이트 전극은 본단의 게이트선과 연결되고, 스위칭 TFT의 소스 전극은 데이터선과 연결되며, 스위칭 TFT의 드레인 전극은 마이크로 셔터 전극(195)과 연결된다. 한편, 리셋 TFT의 게이트 전극은 전단 게이트선과 연결되고, 리셋 TFT의 소스 전극은 화소 전극(191)과 연결되며, 리셋 TFT의 드레인 전극은 마이크로 셔터 전극(195) 및 스위칭 TFT의 소스 전극과 연결된다. 여기서 화소 전극(191)은 접지 전압(Vsus)선에 연결되어 있으며, 도 16에서는 단순히 선으로 도시하고 있지만, 실제로는 적어도 일부가 마이크로 셔터 전극(195)과 중첩하고 있다.
이상과 같은 화소 구조에서 도 13과 같은 방식으로 표시 장치를 구동한다. 이에 따른 화소의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 전단(N-1번째) 게이트선에 게이트 온 전압이 인가된다. 그러면 전단 화소의 스위칭 TFT는 턴 온 될 뿐만 아니라 본단 화소의 리셋 TFT도 턴 온된다. 리셋 TFT가 턴 온 되면, 접지 전압(Vsus)이 마이크로 셔터 전극(195)로 인가된다. 접지 전압(Vsus)는 화소 전극(191)에 인가되는 전압과 동일하므로 화소 전극(191)과 마이크로 셔터 전극(195)간에 정전기력이 발생하지 않아 마이크로 셔터 전극(195)이 초기 상태가 된다.
그 후 본단(N번째) 게이트선에 게이트 온 전압이 인가되면, 본단 화소의 스위칭 TFT가 턴 온되고, 그 결과 데이터선으로부터 인가되는 데이터 전압이 마이크로 셔터 전극(195)에 인가된다. 그에 따라 화소 전극(191)과 마이크로 셔터 전극(195)간에 정전기력이 발생하게 되며, 마이크로 셔터 전극(195)의 탄성력(Fe)과 정전기력(Fs)에 따라서 동작하거나 동작하지 않을 수 있다.
도 16의 실시예는 일반적인 화소의 구조에서 리셋 TFT를더 포함하는 구조이며, 전단 게이트선에서 게이트 온 전압이 인가될 때 마이크로 셔터 전극(195)의 전압을 초기화하는 것이다. 이는 도 15의 구동 방식에서 별도로 Vreset 전압을 인가하는 것과 개념은 동일하다.
이상에서는 마이크로 셔터 전극이 열려 있는 상태에서 전압을 인가하여 닫히는 구조를 가진 표시 장치를 기준으로 살펴보았다. 그러나 이와 달리 마이크로 셔터 전극이 닫혀 있는 상태에서 전압을 인가하여 열리는 구조로 형성할 수도 있다. 또한, 이상에서는 마이크로 셔터 전극과 화소 전극이 서로 다른 극성을 가져 전압이 인가될수록 인력이 강해지는 실시예를 기술하였다. 그러나 실시예에 따라서는 양 전극이 동일한 극성을 가져 전압이 인가될수록 척력이 강해질 수도 있다. 이와 같은 실시예에서도 탄성력이 다른 마이크로 셔터 전극을 전기적으로 연결하여 동일 전압이 인가되도록 하며, 서로 다른 전압에서 마이크로 셔터 전극이 동작하도록 하면 본 발명의 개념을 포함하고 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 단면도로서마이크로 셔터 전극의 동작에 대하여 도시하고 있으며,
도 2는 마이크로 셔터 전극에 인가되는 전압에 대한 투과율 그래프이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이며,
도 4는 도 3의 실시예의 마이크로 셔터 전극에 인가되는 전압에 대한 투과율 그래프이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이며,
도 6은 도 5의 실시예의 마이크로 셔터 전극에 인가되는 전압에 대한 투과율 그래프이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이고,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 구조를 보여주는 도면이고,
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 도시하는 도면이고,
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따라 표시 장치에 인가되는 게이트 전압 및 데이터 전압의 파형도이고,
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 전압에 대한 투과율의 히스테리시스를 나타내는 그래프이고,
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 표시 장치에 인가되는 게이트 전압 및 데이터 전압의 파형도이고,
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 화소 회로도이다.

Claims (20)

  1. 절연 기판,
    상기 절연 기판 위에 형성되며, 투명한 도전 물질로 형성된 화소 전극,
    상기 화소 전극 상부에 위치하는 절연막, 및
    상기 절연막 상부에 위치하며, 빛을 차단하는 불투명 도전 물질로 형성되고, 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가받으며, 서로 다른 전압에서 개폐되는 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 포함하고,
    게이트선,
    데이터선, 및
    게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 각각 포함하는 스위칭 트랜지스터 및 리셋 트랜지스터를 더 포함하며,
    상기 스위칭 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 게이트선 중 본단의 게이트선에 연결되며, 소스 전극은 상기 데이터선에 연결되며, 드레인 전극은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극에 연결되며,
    상기 리셋 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 게이트선 중 전단의 게이트선에 연결되며, 소스 전극은 상기 화소 전극에 연결되며, 드레인 전극은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극에 연결되어 있는 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 마이크로 셔터 전극은 상기 화소 전극과의 정전기력과 상기 마이크로 셔터 전극이 가지는 탄성력에 의하여 개폐되는 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 서로 다른 탄성력을 가지는 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 폭은 일정한 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 폭은 서로 다른 표시 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 상기 마이크로 셔터 전극이 움직이는 부분과 고정단이 만나는 고응력부를 가지며,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 상기 고응력부의 폭이 서로 다른 표시 장치.
  7. 제3항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 상기 마이크로 셔터 전극이 움직이는 부분과 고정단이 만나는 고응력부를 가지며,
    상기 고응력부를 덮는 추가 필름을 더 포함하며,
    상기 추가 필름은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극마다 그 높이가 다르게 형성되거나 형성된 추가 필름의 수가 다른 표시 장치.
  8. 제3항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극은 각각 서로 다른 물질로 형성된 표시 장치.
  9. 제3항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 덮는 추가 필름을 더 포함하며,
    상기 추가 필름은 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극마다 그 길이가 다른 표시 장치.
  10. 제2항에서,
    상기 화소 전극과 각각의 마이크로 셔터 전극 간의 정전기력은 서로 다른 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 화소 전극은 상기 마이크로 셔터 전극에 대응하여 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있는 2 이상의 소부분을 포함하는 표시 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 2 이상의 소부분 각각의 중심선과 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극의 중심선이 서로 일치하는 표시 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 소부분과 상기 마이크로 셔터 전극이 서로 중첩하는 폭이 모두 동일한 표시 장치.
  14. 제11항에서,
    상기 소부분과 상기 마이크로 셔터 전극이 서로 중첩하는 폭이 서로 다른 표시 장치.
  15. 제11항에서,
    상기 2 이상의 소부분의 일측은 서로 연결되어 있는 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극 사이를 통하여 투과하는 빛을 차단하도록 상기 화소 전극의 하부 또는 상기 마이크로 셔터 전극의 상부에 형성되어 있는 차광 부재를 더 포함하는 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 화소 전극 또는 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극과 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 더 포함하는 표시 장치.
  18. 삭제
  19. 투명한 도전 물질로 형성된 화소 전극, 빛을 차단하는 불투명 도전 물질로 형성되고, 서로 전기적으로 연결되어 동일한 전압을 인가 받으며, 서로 다른 전압에서 개폐되는 2 이상의 마이크로 셔터 전극, 게이트선, 데이터선 및 상기 게이트선 및 상기 데이터선과 상기 화소 전극 또는 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극에 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 표시 장치의 구동 방법으로,
    상기 게이트선에 게이트 온 전압을 인가하는 단계, 및
    상기 데이터선을 통하여 상기 2 이상의 마이크로 셔터 전극을 모두 초기화시킬 수 있는 전압인 리셋 전압과 데이터 전압을 교대로 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 게이트 온 전압이 인가되는 동안에 상기 리셋 전압과 데이터 전압이 각각 적어도 한번씩 인가되며,
    상기 리셋 전압이 상기 데이터 전압보다 먼저 인가되는 표시 장치의 구동 방법.
  20. 삭제
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