KR101672392B1 - 광결정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 명확한 색상, 이미지 내지 정보 등을 표시할 수 있는 고해상도의 광결정 표시장치를 제공하기 위한 것으로서, 광결정 입자들 및 제1 전기영동 입자들을 포함하고, 광결정 입자들은, 전기장이 인가될 때에는 인가된 전기장의 세기나 방향에 의하여 간격 내지 배열이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대의 반사광으로 반사되며, 전기장이 인가되지 않을 때에는 광결정 입자들을 구성하는 물질 자체에 의하여 입사광이 제 2 파장대의 반사광으로 반사되고, 제1 전기영동 입자들은, 광결정 입자들로부터 반사되는 제 2 파장대의 반사광 강도(intensity)를 감소시키기 위하여 제 2 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭을 일으키도록, 입사광의 적어도 일부가 제 3 파장대의 반사광으로 반사되는 것을 특징으로 한다.

Description

광결정 표시 장치{APPARATUS FOR DISPLAYING PHOTONIC CRYSTAL}
본 발명은 광결정 표시 장치 및 그 제조 방법으로서, 보다 상세하게는 전기장을 이용하는 결정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기장의 세기와 방향에 따라 광결정 입자들의 배열과 간격이 조절되어 특정한 파장을 반사시키는 특성을 이용하여 특정한 색상, 이미지, 정보를 나타내는 색 가변물질에 있어서 반사되는 특정한 파장을 제어하기 위하여 특정한 배열 및 간격을 유지하는 광결정 입자들 간의 간격을 통하여 일부 투과되는 입사광원은 하부기재의 색상, 레이어(layer) 수에 따른 격면반사층에 따른 입사되는 광원이 다시 반사되어 나오는 과정에서 광결정 입자에 의하여 반사되는 특정한 파장들과 서로 간섭이 일어나 광결정 입자들에 의하여 구현되는 색상, 이미지, 정보가 명확하지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 보완하기 위하여 표시층 하부기재를 대부분의 입사광을 흡수하도록 설계하거나 이와 대부분의 입사광을 별도로 흡수하는 블랙시트(black sheet)를 적용하는 방법이 제안될 수 있다. 그러나 캡슐 형태의 광결정 입자를 적용할 경우 광결정 입자가 분산된 매개층, 캡슐층 그리고 하부기재 사이에 발생하는 격면반사에 의한 간섭과 왜곡을 원천적으로 막기가 어려우며, 블랙시트를 적용할 경우 제조비용 증가, 기재의 두께 증가 등의 문제가 발생할 수 있다.
외부에서 전기장을 차단할 경우 광결정 입자들은 불규칙한 배열과 간격을 나타내는데 그로 인한 광결정 입자들의 특정한 배열과 간격에 의한 파장보다 광결정 입자들이 구성된 물질 자체에 의하여 반사되는 파장의 세기가 크다. 따라서 광결정 입자들의 고유색에 의한 컬러를 나타내게 된다.
광결정 입자들의 물질 구성 자체가 광흡수 특성을 가진 상태에서 명확한 컬러를 구현하기는 현실적으로 어렵다는 점을 감안할 때, 광결정 입자들은 특정한 고유색을 가지고 있으며 고해상도를 요구하는 복수의 단위셀들로 구성된 광결정 표시장치를 상정해 볼 수 있다. 단위셀들을 선택적으로 오프(off) 시키고 오프 상태인 단위셀이 구동되는 단위셀과 인접하였을 때, 구동되는 단위셀 내의 광결정 입자들에 의한 특정한 배열 내지 간격에 의하여 반사되는 파장들은 오프 상태인 단위셀 내의 광결정 입자들 자체에 의하여 반사되는 파장들과 서로 간섭 내지 왜곡이 일어나 명확한 색상, 이미지 내지 정보 등을 표시하는데 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 명확한 색상, 이미지 내지 정보 등을 표시할 수 있는 고해상도의 광결정 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 광결정 표시장치가 제공된다. 상기 광결정 표시장치는 광결정 입자들 및 제1 전기영동 입자들을 포함하고, 광결정 입자들은, 전기장이 인가될 때에는 인가된 전기장의 세기나 방향에 의하여 간격 내지 배열이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대의 반사광으로 반사되며, 전기장이 인가되지 않을 때에는 광결정 입자들을 구성하는 물질 자체에 의하여 입사광이 제 2 파장대의 반사광으로 반사되고, 제1 전기영동 입자들은, 광결정 입자들로부터 반사되는 제 2 파장대의 반사광 강도(intensity)를 감소시키기 위하여 제 2 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭을 일으키도록, 입사광의 적어도 일부가 제 3 파장대의 반사광으로 반사되는 것을 특징으로 한다.
상기 광결정 표시장치는 상기 입사광이 반사되어 나가는 방향과 반대측인 상기 광결정 입자들의 하부에 배치되며, 가시광의 모든 파장대에서 상기 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는 제 2 전기영동 입자들; 을 더 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 가시광의 모든 파장대에서 흡수되는 상기 입사광의 적어도 일부는 상기 입사광 중에서 상기 광결정 입자들에서 반사되지 않고 상기 광결정 입자들을 투과하는 광 및/또는 상기 광결정 입자들 사이를 통과하는 광을 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치는, 서로 대향하도록 이격되어 배치되며 상기 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가될 수 있는, 제 1 전극 및 제 2 전극; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재되며, 상기 광결정 입자들이 분산될 수 있는, 제 1 매개체; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재되며, 상기 제 1 전기영동 입자들 및 상기 제 2 전기영동 입자들이 분산될 수 있는, 제 2 매개체; 를 더 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 광결정 입자들이 분산된 상기 제 1 매개체를 포함하여 채워진 제 1 단위셀이 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열되며, 상기 제 1 전기영동 입자들 및 상기 제 2 전기영동 입자들이 분산된 제 2 매개체를 포함하여 채워진 제 2 단위셀이 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열될 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 광 투과성 물질을 포함하여 이루어지며, 상기 제 2 전기영동 입자들은 상기 제 2 단위셀 내에서 상기 제 1 전기영동 입자들 보다 상기 제 1 단위셀에 더 가깝게 배치됨으로써, 상기 제 2 전기영동 입자들은 블랙시트의 기능을 수행함과 동시에 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 어느 하나의 전극은 상기 광결정 입자들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 1 표시부를 구성하며, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 나머지 어느 하나의 전극은 상기 제 1 전기영동 입자들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 2 표시부를 구성할 수 있다.
상기 광결정 표시장치는 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀이 상층을 형성하고 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀이 하층을 형성하는 복층 구조일 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀과 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀은 각각 일대일로 대응하여 배치될 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 각각의 상기 제 1 단위셀은 상기 제 1 단위셀 내에서 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀을 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀은 상기 입사광이 반사되어 나아가는 방향과 반대측인 상기 제 1 단위셀 내의 하부에 배치될 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀 및/또는 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀은 각각 격벽 구조 또는 캡슐 구조로 분리될 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀은 복수개의 상기 제 1 단위셀을 포함하거나, 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀은 복수개의 상기 제2 단위셀을 포함하며, 복수개의 상기 제 1 단위셀 또는 복수개의 상기 제 2 단위셀에 각각 독립적으로 전기장을 인가하기 위하여, 상기 제 1 단위셀과 상기 제 2 단위셀 사이에 개재된 추가 전극;을 더 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 제 1 전극 및/또는 상기 제 2 전극은 복수개의 상기 제 1 단위셀 및/또는 상기 제 2 단위셀에 공통으로 전압이 인가될 수 있는 공통전극이며, 상기 추가 전극은 복수개의 상기 제 1 단위셀 및/또는 복수개의 상기 제 2 단위셀 각각에 독립적으로 전압을 인가할 수 있도록 서로 이격된 복수개의 서브전극을 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치는 상기 제 1 단위셀과 상기 제 2 단위셀 사이에 개재된 이방성 전도성 접착체 또는 점착제;를 더 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치는 서로 대향하도록 이격되어 배치되며, 상기 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가될 수 있는, 제 1 전극 및 제 2 전극; 및 상기 제 1 전기영동 입자들이 분산될 수 있으며, 가시광의 모든 파장대에서 상기 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는, 염료 매개체; 를 더 포함할 수 있다. 가시광의 모든 파장대에서 흡수되는 상기 입사광의 적어도 일부는 상기 입사광 중에서 상기 광결정 입자들에서 반사되지 않고 상기 광결정 입자들을 투과하는 광 및/또는 상기 광결정 입자들 사이를 통과하는 광을 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 광결정 입자들이 분산된 상기 제 1 매개체를 포함하여 채워진 제 1 단위셀이 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열되며, 상기 제 1 전기영동 입자들이 분산된 상기 염료 매개체를 포함하여 채워진 제 2 단위셀이 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열될 수 있다.
상기 광결정 표시장치는 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀이 상층을 형성하고 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀이 하층을 형성하는 복층 구조일 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀 및/또는 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀은 격벽 구조 또는 캡슐 구조로 분리될 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 적어도 하나 이상의 상기 제 1 단위셀은 복수개의 상기 제 1 단위셀을 포함하거나, 적어도 하나 이상의 상기 제 2 단위셀은 복수개의 상기 제2 단위셀을 포함하며, 복수개의 상기 제 1 단위셀 또는 복수개의 상기 제 2 단위셀에 각각 독립적으로 전기장을 인가하기 위하여, 상기 제 1 단위셀과 상기 제 2 단위셀 사이에 개재된 추가 전극;을 더 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 제 1 전극 및/또는 상기 제 2 전극은 복수개의 상기 제 1 단위셀 및/또는 상기 제 2 단위셀에 공통으로 전압이 인가될 수 있는 공통전극이며, 상기 추가 전극은 복수개의 상기 제 1 단위셀 및/또는 복수개의 상기 제 2 단위셀 각각에 독립적으로 전압을 인가할 수 있도록 서로 이격된 복수개의 서브전극을 포함할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 제 1 전기영동 입자들은 전기장이 인가되었을 때 구현된 상기 입자들의 간격 내지 배열을 상기 전기장이 차단되더라도 유지할 수 있는 쌍안정성(bistability) 특성이 상기 광결정 입자들보다 더 우수할 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 광결정 입자와 상기 제 1 전기영동 입자는 각각 서로 반대 부호의 전하를 띌 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 광결정 입자와 상기 제 1 전기영동 입자는 각각 서로 반대 부호의 전하를 띄며, 상기 광결정 입자와 상기 제 2 전기영동 입자는 각각 동일한 부호의 전하를 띌 수 있다.
상기 광결정 표시장치에서, 상기 광결정 입자들이 분산된 매개체는, 동일한 부호의 전하를 각각 가지며 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 상기 광결정 입자들이 상기 매개체 내에 분산된 상태이거나, 동일한 부호의 전하를 각각 가지는 상기 광결정 입자들이 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 상기 매개체 내에 분산된 상태일 수 있다. 이 경우, 상기 광결정 입자는 그 자체로 전하를 갖거나, 상기 광결정 입자의 성질이 변화되어 전하를 갖게 될 수 있다. 상기 전기 분극 특성을 갖는 광결정 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 매개체는 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함할 수 있다. 상기 전기 분극 특성을 갖는 광결정 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 매개체는 초상유전성(superparaelectric) 또는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있다. 상기 전기 분극 특성을 갖는 광결정 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 매개체는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 광결정 표시장치의 구동방법이 제공된다.
상기 구동방법은 상층의 상부전극과 하층의 하부전극 사이에 형성된 전기장의 방향과 세기를 조절하여 광결정 입자들과 전기영동 입자들의 위치, 간격, 배열을 제어하고 이때, 광결정 입자들을 상층 표시부로 위치시켜 특정한 배열과 간격을 유지시에, 입자들의 물질 구성이 특정한 파장을 반사시키도록 설정된 전기영동 입자들이 서로 반대 부호의 극성에 의하여 하부전극으로 위치하여 가시광 영역에 해당하는 파장을 흡수하는 물질로 구성된 전기영동 입자들 내지 매개체 의하여 광결정 입자들 간의 간격을 통하여 투과되는 입사광을 흡수시켜 광결정 입자들의 배열과 간격에 의하여 반사되는 파장의 간섭 및 왜곡을 방지하는 방법을 포함할 수 있다.
상기 구동방법은 광결정 입자들로 구성된 상층패널의 단위셀들을 선택적으로 구동 시 하층에 상층의 구동되는 단위셀에 대응되는 영역에 해당하고 특정한 가시광을 반사시키는 전기영동 입자들을 하부전극 방향으로 위치시키고, 하층에 전기장이 형성되지 않아 오프 상태인 상층패널의 단위셀들과 대응되는 영역에 해당하고 특정한 가시광을 반사시키는 전기영동 입자들을 표시부 방향으로 위치시켜 온 상태인 단위셀과 오프 상태인 단위셀 간에 반사되는 파장들간의 간섭 및 왜곡을 최소화하는 방법을 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따르면, 명확한 색상, 이미지 내지 정보 등을 표시할 수 있는 고해상도의 광결정 표시장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치에 포함되는 광결정 입자들이 분산된 매개체의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장이 인가됨에 따라 광결정 입자 또는 매개체가 분극되는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분자의 비대칭적 배치에 의한 단위 분극 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 상유전체, 강유전체 및 초상유전체의 이력 곡선을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 입자 또는 매개체에 포함될 수 있는 페로브스카이트 구조 갖는 물질을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 비교예에 따른 광결정 표시장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 8 내지 도 15는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광결정 표시장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치에서 구동방법을 예시적으로 도해하는 도면들이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐서, 하나의 구성요소가 다른 구성요소에 “인접”하다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접촉하는 경우 뿐만 아니라 접촉하지 않더라도 하나의 구성요소가 다른 구성요소로부터 가까운 이격거리 이내에 이웃하여 배치되는 경우도 포함한다고 해석할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는 전하를 갖는 복수의 광결정 입자가 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 매개체(예를 들어, 용매) 내에 분산된 상태 혹은 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 복수의 입자가 매개체(예를 들어, 용매)에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 입자 사이의 간격 내지 배열을 제어함으로써 광결정(photonic crystal) 특성을 이용하여 풀 컬러(full color)의 디스플레이를 구현할 수 있는 것을 주요한 기술적 특징으로 한다.
[전하를 갖는 입자]
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 광결정 입자들이 분산된 매개체의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 입자(110)는 음전하 또는 양전하를 갖는 입자로서 매개체인 콜로이드 용매(120)에 분산되어 존재할 수 있다. 이때, 입자(110)는 동일한 부호의 전하로 인한 상호간의 척력으로 인하여 서로간에 소정의 간격을 두고 배열되어 있을 수 있다. 입자(110)의 직경은 수 nm 내지 수백 μm일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자(110)는, 도 2의 (a)와 같이 이종의 물질로 코어-셀(core-shell)(112) 형태로 구성될 수 있고, 도 2의 (b)와 같이 이종의 물질로 멀티-코어(multi-core)(114) 형태로 구성될 수 있고, 도 2의 (c)와 같이 복수의 나노 입자로 이루어진 클러스터(116)로 구성될 수 있으며, 일정한 전하를 가지는 전하층(118)이 이들 입자를 감싸는 구조로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자(110)는 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 원소나 이들의 산화물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylen terephthalate) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 전하를 갖지 않는 입자 혹은 클러스터(cluster)에 전하를 갖는 물질이 코팅된 형태로서 구성될 수도 있는데, 예를 들면, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 카르복실산(carboxylic acid)기, 에스테르(ester)기, 아실(acyl)기를 가지는 유기 화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 할로겐(F, Cl, Br, I 등) 원소를 포함하는 착화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 아민(amine), 티올(thiol), 포스핀(phosphine)을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 표면에 라디칼을 형성함으로써 전하를 갖는 입자가 이에 해당될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자가 후술할 용매 내에서 침전되지 않고 안정한 콜로이드 상태를 유지하도록 하고 광결정성을 효과적으로 나타내기 위하여, 입자와 용매로 이루어진 콜로이드 용액의 계면동전위(electrokinetic potential)(즉, 제타 전위)의 값이 기설정된 값 이상으로 높을 수 있고, 입자와 용매의 비중 차이가 기설정된 값 이하일 수 있으며, 용매와 입자의 굴절률 차이가 기설정된 값 이상일 수 있다. 예를 들면, 콜로이드 용액의 계면동전위의 절대값은 10mV 이상일 수 있고, 입자와 용매의 비중 차이는 5 이하일 수 있으며, 입자와 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다.
[전기 분극 특성]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표시 장치에 포함되는 광결정 입자 또는 용매는 전기 분극(electrical polarization) 특성을 가질 수 있는데, 이러한 입자 또는 용매는 외부 전기장이 인가됨에 따라 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장이 인가됨에 따라 입자(110) 가 분극되는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다. 매개체인 용매가 분극되는 구성도 동일한 방식으로 이해할 수 있다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에 입자 또는 용매가 전기적 평형 상태를 유지하지만, 외부 전기장이 인가되는 경우에는 입자 또는 용매 내의 전자가 소정 방향으로 이동함에 따라 입자 또는 용매가 분극될 수 있다. 도 3의 (c) 및 (d)를 참조하면, 외부 전기장이 인가되지 않은 경우에 입자 또는 용매를 구성하는 전기적으로 비대칭적인 구성요소에 의하여 생성된 단위 분극(unit polarization)에 의하여 각 입자가 무질서하게 배열되지만, 외부에서 전기장이 인가되는 경우에는 단위 분극을 갖는 입자 또는 용매가 외부 전기장의 방향에 따라 소정의 방향으로 재배열될 수 있으며 이에 따라 전체적으로 상당히 큰 전기 분극값(polarization value)을 나타낼 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 분극은 이온의 비대칭적 배치나 분자의 비대칭적 구조에서 발생할 수 있으며, 이러한 단위 분극으로 인하여 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에도 미세한 잔류 분극값(remnant polarization value)이 나타날 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분자의 비대칭적 배치에 의한 단위 분극 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 4는 물 분자(H2O)의 경우를 예시적으로 나타낸 것으로, 물 분자 외에 Trichloroethylene, Carbon Tetrachloride, Di-Iso-Propyl Ether, Toluene, Methyl-t-Bytyl Ether, Xylene, Benzene, DiEthyl Ether, Dichloromethane, 1,2-Dichloroethane, Butyl Acetate, Iso-Propanol, n-Butanol, Tetrahydrofuran, n-Propanol, Chloroform, Ethyl Acetate, 2-Butanone, Dioxane, Acetone, Metanol, Ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid, Dimethylformamide, Dimethyl Sulfoxide 등은 분자 구조의 비대칭성에 의해 단위 분극 특성이 나타낼 수 있으므로 본 발명에 따른 입자 또는 용매를 구성하는 물질로서 채용될 수 있을 것이다. 참고로, 물질의 분극 특성을 비교하기 위하여 사용되는 분극 지수(polarity index)는, 물(H2O)의 분극 특성을 9로 설정할 때 해당 물질의 상대적인 분극 정도를 나타내는 지표이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매는, 외부 전기장이 인가됨에 따라 분극량이 증가하고 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에도 잔류 분극량이 크게 나타나며 이력(hysteresis)이 남는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있고, 외부 전기장이 인가됨에 따라 분극량이 증가하고 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 분극량이 나타나지 않으며 이력(hysteresis)이 남지 않는 초상유전성(superparaelectric) 물질을 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 상유전성 물질(510), 강유전성 물질(520) 및 초상유전성 물질(530)의 외부 전기장에 따른 이력 곡선을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있는데, ABO3와 같은 페로브스카이트 구조를 갖는 물질로는 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, SrTiO3 BaTiO3, (Ba, Sr)TiO3, CaTiO3, LiNbO3 등을 예로 들 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매에 포함될 수 있는 페로브스카이트 구조 갖는 물질을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, PbZrO3(또는 PbTiO3)에 인가되는 외부 전기장의 방향에 따라 PbZrO3(또는 PbTiO3) 내에서의 Zr(또는 Ti)(즉, ABO3 구조에서의 B)의 위치가 변동될 수 있으며 이로 인하여 PbZrO3(또는 PbTiO3) 전체의 극성이 바뀔 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용매는 분극 지수(polarity index)가 1 이상인 물질을 포함할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 입자 및 용매의 구성이 반드시 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 즉 전기장에 의하여 입자 사이의 간격이 제어될 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
[표시 장치의 동작 원리 및 구성]
먼저, 도 7은 본 발명의 비교예에 따른 광결정 표시장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 1 기판(170) 및 제 2 기판(150) 사이에 단위셀(100a, 100b, 100c, 100d)에 전기장을 형성하기 위하여 전압을 인가할 수 있도록 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(160)이 개재된다. 단위셀(100a, 100b, 100c, 100d)을 한정하도록, 제 1 기판(170)과 제 2 기판(150) 사이에 복수개의 격벽(145)들이 서로 이격되어 배열된다. 단위셀(100a, 100b, 100c, 100d) 각각에 독립적인 전기장을 형성하기 위하여 제 1 전극(180)은 공통 전극을 형성하되 제 2 전극(160)은 제 1 전극(180)과 나란한 방향으로 서로 이격되어 배열된 복수개의 서브전극들(160a, 160b, 160c, 160d)로 구성될 수 있다. 각각의 단위셀(100a, 100b, 100c, 100d)은 광결정 입자(110)들이 분산된 매개체(120)로 충전(fill)된다.
제 1 전극(180)을 공통전극으로 하고, 제 1 서브전극(160a)에 0 볼트의 전압을 인가하고, 제 2 서브전극(160b), 제 3 서브전극(160c), 제 4 서브전극(160d)에 순차적으로 높아지는 전압을 각각 인가한다. 이에 따라, 단위셀(100a)에는 전기장이 형성되지 않음에 반하여, 단위셀(100b) 내지 단위셀(100d)에는 세기가 순차적으로 증가하는 전기장이 형성되어 광결정 입자(110)들이 매개체(120) 내에 규칙적인 소정의 간격 내지 배열을 가진다.
단위셀(100a)에서 전기장이 형성되지 않는 경우 광결정 입자(110)들은 불규칙한 배열과 간격을 나타낸다. 이 경우, 광결정 입자(110)들의 특정한 배열과 간격에 의한 반사광의 파장(제 1 파장)보다 광결정 입자(110)들이 구성된 물질 자체에 의하여 반사되는 반사광의 파장(제 2 파장)의 세기가 크다. 따라서 단위셀(100a) 내의 광결정 입자(110)들은 고유색에 의한 컬러를 나타내게 된다.
한편, 선택적으로 오프(off) 상태인 단위셀(100a)에 인접한 구동 단위셀(100b, 100c, 100d)들에서는, 광결정 입자(110)들의 배열 내지 간격 조절에 의하여 컬러가 구현된다. 하지만, 광결정 입자(110)들의 특정한 배열 내지 간격에 의한 반사광(Lb, Lc, Ld)의 파장(제 3 파장)이 단위셀(100a)에서 반사되는 광(La)의 파장(제 2 파장)과 서로 간섭 내지 왜곡이 일어나 명확한 색상, 이미지 내지 정보 등을 표시함에 있어서 문제가 발생할 수 있다. 즉, 단위셀(100b, 100c, 100d)들에서는 상쇄간섭 내지 회절간섭에 의하여 반사광(Lb, Lc, Ld)의 강도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는 인가된 전기장의 세기와 방향에 반응하여 간격 내지 배열이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대에서 반사될 수 있는 광결정 입자(110)들로서, 상기 전기장이 인가되지 않을 때는 상기 입자들을 구성하는 물질 자체에 의하여 상기 입사광이 제 2 파장대에서 반사될 수 있는, 상기 광결정 입자(110)들; 및 광결정 입자(110)들로부터 반사되는 상기 제 2 파장대의 반사광 강도(intensity)를 감소시키도록, 상기 입사광의 적어도 일부를 상기 제 2 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생할 수 있는 제 3 파장대의 반사광으로 반사할 수 있는 제 1 전기영동 입자(314)들;을 포함한다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는 가시광의 모든 파장대에서 상기 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는 제 2 전기영동 입자(312)들; 을 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 언급되는 제 1 전기영동 입자(314)들 또는 제 2 전기영동 입자(312)들은 전기장이 인가되었을 때 구현된 상기 입자들의 간격 내지 배열을 상기 전기장이 차단되더라도 유지할 수 있는 쌍안정성(bistability) 특성이 광결정 입자(110)들보다 더 우수하다는 점에서 차별점을 가질 수 있다.
제 1 전기영동 입자(314)들에서 반사되거나 제 2 전기영동 입자(312)들에서 흡수되는 상기 입사광의 적어도 일부는 입사광 중에서 광결정 입자(110)들에서 반사되지 않고 광결정 입자(110)들을 투과하는 광 및/또는 광결정 입자(110)들 사이를 통과하는 광을 포함한다. 이를 위하여, 제 1 전기영동 입자(314)들 및 제 2 전기영동 입자(312)들은 입사광이 반사되어 나아가는 방향(예컨대, 반사광 La, Lb, Lc이 나아가는 방향)과 반대측인 광결정 입자(110)들의 하부에 배치될 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는, 서로 대향하도록 이격되어 배치되며, 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가될 수 있는, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360); 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)에 개재되며, 광결정 입자(110)들이 분산될 수 있는, 제 1 매개체(120); 및 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360) 사이에 개재되며, 제 1 전기영동 입자(314)들 및 제 2 전기영동 입자(312)들이 분산될 수 있는, 제 2 매개체(320);를 더 포함할 수 있다.
광결정 입자(110)들이 분산된 제 1 매개체(120)를 포함하여 채워진 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)이 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열되며, 제 1 전기영동 입자(314)들 및 제 2 전기영동 입자(312)들이 분산된 제 2 매개체(320)를 포함하여 채워진 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)이 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열될 수 있다. 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)은 격벽(145) 구조로 서로 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 캡슐(340) 구조로 서로 분리될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)이 상층을 형성하고 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)이 하층을 형성하는 복층 구조일 수 있다.
복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)과 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)에 각각 독립적으로 전기장을 인가하기 위하여, 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)과 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e) 사이에 추가 전극(160, 380)이 개재될 수 있다. 나아가, 제 1 전극(180), 제 2 전극(360) 및 추가 전극(160, 380) 중의 적어도 어느 하나는 공통으로 전압이 인가될 수 있는 공통전극이며, 적어도 나머지 어느 하나는 서로 이격된 복수개의 서브전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)의 하부전극으로 기능하는 추가 전극(160)은 서로 분리 이격되어 배치된 복수개의 서브전극들(160a, 160b, 160c)로 구성될 수 있다. 추가 전극(160, 380)은 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)과 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e) 사이에 양면으로 전극이 코팅 또는 패터닝된 중간층의 기판(150)의 일부로 이해할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치에서의 구동원리를 살펴보면, 제 1 단위셀(100a, 100c)에는 외부 전기장이 인가되며, 인가된 전기장의 세기와 방향에 반응하여 광결정 입자(110)들의 배열 내지 간격이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대에서 반사광(La)으로 반사될 수 있다.
한편, 제 1 단위셀(100b)에는 전기장이 오프(off)되어 광결정 입자(110)들이 불규칙한 배열과 간격을 나타낸다. 이 경우, 광결정 입자(110)들의 특정한 배열과 간격에 의한 반사광의 파장(제 1 파장)보다 광결정 입자(110)들이 구성된 물질 자체에 의하여 반사되는 반사광의 파장(제 2 파장)의 세기가 크다. 따라서 단위셀(100b)의 B영역에서는 제 2 파장대의 반사광(Lb)에 의하여 광결정 입자(110)들의 고유색에 의한 컬러를 나타낸다.
제 1 단위셀(100a, 100c)에서의 제 1 파장대를 가지는 반사광(La)은 제 1 단위셀(100b)에서의 제 2 파장대를 가지는 반사광(Lb)과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생하여 반사광(La)의 컬러가 왜곡되는 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 동작하지 않는 단위셀(100b) 내의 광결정 입자(110)들의 고유색에 의한 컬러에 의하여 구동하는 인접 단위셀(100a, 100c)의 컬러가 왜곡되는 문제점이 발생할 수 있다.
단위셀(100b)의 C영역에서는 입사광의 적어도 일부를 제 3 파장대의 반사광으로 반사할 수 있는 제 1 전기영동 입자(314)들이 광결정 입자(110)들의 하부에 제공된다. 광결정 입자(110)들로부터의 상기 제 2 파장대의 반사광(Lb)은 제 1 전기영동 입자(314)들로부터의 상기 제 3 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생하여 광의 강도(intensity)가 감소될 수 있다. 강도가 상대적으로 감소된 반사광(Lc)은 인접 단위셀(100a, 100c)의 컬러 왜곡을 최소화할 수 있다. 즉, 동작하지 않는 단위셀(100b)의 후면(backplane) 영역에서 특정 가시광을 반사하는 제 1 전기영동 입자(314)들에 의한 반사광을 이용하여 광결정 입자(110)들의 고유색에 의하여 반사되는 광을 상쇄간섭 또는 회절간섭을 야기함으로써 인접 단위셀의 컬러 왜곡을 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치에서 제 1 전극(180), 제 2 전극(360), 제 1 기판(170) 및 제 2 기판(350)은 광 투과성 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는, 다른 관점에서 살펴보면, 제 2 전기영동 입자(312)들은 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e) 내에서 제 1 전기영동 입자(314) 보다 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)에 더 가깝게 배치됨으로써, 제 2 전기영동 입자(312)들은 블랙시트의 기능을 수행함과 동시에 제 1 전극(180) 및 제 1 기판(170)은 광결정 입자(110)들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 1 표시부를 구성하며, 제 2 전극(360) 및 제 2 기판(350)은 제 1 전기영동 입자(314)들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 2 표시부를 구성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치는 인가된 전기장의 세기와 방향에 반응하여 간격 내지 배열이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대에서 반사될 수 있는 광결정 입자(110)들로서, 상기 전기장이 인가되지 않을 때는 상기 입자들을 구성하는 물질 자체에 의하여 상기 입사광이 제 2 파장대에서 반사될 수 있는, 상기 광결정 입자(110)들; 및 광결정 입자(110)들로부터 반사되는 상기 제 2 파장대의 반사광 강도(intensity)를 감소시키도록, 상기 입사광의 적어도 일부를 상기 제 2 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생할 수 있는 제 3 파장대의 반사광으로 반사할 수 있는 제 1 전기영동 입자(314)들;을 포함한다. 나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치는 서로 대향하도록 이격되어 배치되며, 상기 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가될 수 있는, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360); 및 제 1 전기영동 입자(314)들이 분산될 수 있으며, 가시광의 모든 파장대에서 상기 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는, 염료 매개체(325); 를 더 포함할 수 있다. 염료 매개체(325)는 염료(dye)를 함유하는 매개체로서, 여기에서, 상기 염료는 도 8에 개시된 제 2 전기영동 입자(312)에 대응하고, 상기 매개체는 도 8에 개시된 제 2 매개체(320)에 대응할 수 있다. 그 밖의 다른 구성요소에 대한 설명은 도 8과 중복되므로 여기에서는 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치에서의 구동원리를 살펴보면, 제 1 단위셀(100a, 100c)에는 외부 전기장이 인가되며, 인가된 전기장의 세기와 방향에 반응하여 광결정 입자(110)들의 배열 내지 간격이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대에서 반사광(La)으로 반사될 수 있다.
한편, 제 1 단위셀(100b)에는 전기장이 오프(off)되어 광결정 입자(110)들이 불규칙한 배열과 간격을 나타낸다. 이 경우, 광결정 입자(110)들의 특정한 배열과 간격에 의한 반사광의 파장(제 1 파장)보다 광결정 입자(110)들이 구성된 물질 자체에 의하여 반사되는 반사광의 파장(제 2 파장)의 세기가 크다. 따라서 단위셀(100b)에서는 제 2 파장대의 반사광(Lb)에 의하여 광결정 입자(110)들의 고유색에 의한 컬러를 나타낸다.
제 1 단위셀(100a, 100c)에서의 제 1 파장대를 가지는 반사광(La)은 제 1 단위셀(100b)에서의 제 2 파장대를 가지는 반사광(Lb)과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생하므로 반사광(La)의 컬러가 왜곡되는 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 동작하지 않는 단위셀(100b) 내의 광결정 입자(110)들의 고유색에 의한 컬러에 의하여 구동하는 인접 단위셀(100a, 100c)의 컬러가 왜곡되는 문제점이 발생할 수 있다.
이를 극복하기 위하여, 입사광의 적어도 일부를 제 3 파장대의 반사광(Lc)으로 반사할 수 있는 제 1 전기영동 입자(314)들이 광결정 입자(110)들의 하부에 제공된다. 광결정 입자(110)들로부터의 상기 제 2 파장대의 반사광(Lb)은 제 1 전기영동 입자(314)들로부터의 상기 제 3 파장대의 반사광(Lc)과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생하여 광의 강도(intensity)가 감소될 수 있다. 강도가 상대적으로 감소된 반사광(Ld)은 인접 단위셀(100a, 100c)의 컬러 왜곡을 최소화할 수 있다. 즉, 동작하지 않는 단위셀(100b)의 후면(backplane) 영역에서 특정 가시광을 반사하는 제 1 전기영동 입자(314)들에 의한 반사광을 이용하여 광결정 입자(110)들의 고유색에 의하여 반사되는 광을 상쇄간섭 또는 회절간섭을 야기함으로써 인접 단위셀의 컬러 왜곡을 최소화할 수 있다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광결정 표시장치의 구성을 도해하는 도면들이다. 광결정 표시장치의 구성요소들 및 그에 따른 효과, 기능에 대한 설명은 도 8 및 도 9에서 이미 설명하였으므로 생략하며, 이하에서는 각 실시예에서의 차별되는 구성을 위주로 설명한다.
도 10을 참조하면, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열되는 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)은 격벽(145) 구조에 의하여 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 캡슐(340) 구조에 의하여 분리된다. 나아가, 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)과 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e) 사이에 추가로 제공되는 추가 전극(160, 380) 중 적어도 어느 하나의 전극은 각각의 단위셀에 대응되도록 또는 일군의 단위셀에 대응되도록 서로 이격되어 분리된 복수개의 서브전극들(160a, 160b, 160c)로 구성될 수 있다. 나아가, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360) 중 적어도 어느 하나의 전극도 각각의 단위셀에 대응되도록 또는 일군의 단위셀에 대응되도록 서로 이격되어 분리된 복수개의 서브전극들(360a, 360b)로 구성될 수 있다.
한편, 제 2 단위셀(300c)의 일부는 서브전극(360a)에 의하여 전기장이 인가될 수 있으며 또 제 2 단위셀(300c)의 다른 일부는 다른 서브전극(360a)에 의하여 전기장이 인가될 수 있다. 이 경우, 단일한 제 2 단위셀(300c) 내부에서도 제 1 전기영동 입자(314)와 제 2 전기영동 입자(312)의 배치 양상이 서브전극의 위치에 따라 여러가지 양태로 나타날 수 있다. 예를 들어, 서브전극(360a)에 의하여 소정의 세기와 방향을 가지는 전기장이 인가되는 경우 제 1 전기영동 입자(314)는 제 2 전기영동 입자(312) 보다 광결정 입자(110)들에 더 가깝게 배치될 수 있으며, 서브전극(360b)에 의하여 소정의 세기와 방향을 가지는 전기장이 인가되는 경우 제 2 전기영동 입자(312)는 제 1 전기영동 입자(314) 보다 광결정 입자(110)들에 더 가깝게 배치될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열되는 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)은 캡슐(140) 구조에 의하여 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)도 캡슐(340) 구조에 의하여 분리된다. 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)은 상층을 형성하고, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 하층을 형성함으로써 광결정 표시장치는 복층의 패널로 구성될 수 있다. 또한, 상층의 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)과 하층의 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 직접 맞닿아 있다.
한편, 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)과 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 각각 일대일 대응이 되도록 배치될 수 있다. 물론, 도 10에 도시된 광결정 표시장치와 같이, 상층의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c)과 하층의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 서로 일대일 대응이 되지 않을 수도 있는바, 광결정 표시장치의 구조, 기능, 목적에 따라서 상층의 제 1 단위셀과 하층의 제 1 단위셀의 대응관계는 적절하게 변경 가능하다.
도 12를 참조하면, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열되는 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)은 캡슐(140) 구조에 의하여 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 격벽(345) 구조에 의하여 분리된다.
도 11을 참조하면, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열되는 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)은 캡슐(140) 구조에 의하여 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)도 캡슐(340) 구조에 의하여 분리된다. 한편, 상층의 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)과 하층의 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)은 직접 맞닿아 있지 않고, 전기 전도성 접착제 또는 점착제(390)가 사이에 개재될 수 있다. 나아가, 전기 전도성 접착제 또는 점착제(390)는 이방성 전기 전도성을 가질 수 있는 바, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 수직인 방향으로 우수한 전기 전도성을 가질 수 있다.
도 14를 참조하면, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(360)과 나란한 방향으로 배열되는 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)은 격벽(145) 구조에 의하여 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b, 300c, 300d, 300e)도 격벽(345) 구조에 의하여 분리된다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이고, 도 16 및 도 17은 도 15에 도시된 광결정 표시장치에서 구동방법을 예시적으로 도해하는 도면들이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치는 인가된 전기장의 세기와 방향에 반응하여 간격 내지 배열이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대에서 반사될 수 있는 광결정 입자(110)들로서, 상기 전기장이 인가되지 않을 때는 상기 입자들을 구성하는 물질 자체에 의하여 상기 입사광이 제 2 파장대에서 반사될 수 있는, 상기 광결정 입자(110)들; 및 광결정 입자(110)들로부터 반사되는 상기 제 2 파장대의 반사광 강도(intensity)를 감소시키도록, 상기 입사광의 적어도 일부를 상기 제 2 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭이 발생할 수 있는 제 3 파장대의 반사광으로 반사할 수 있는 제 1 전기영동 입자(314)들;을 포함한다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 표시장치는 가시광의 모든 파장대에서 상기 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는 제 2 전기영동 입자(312)들; 을 더 포함할 수 있다.
제 1 전기영동 입자(314)들에서 반사되거나 제 2 전기영동 입자(312)들에서 흡수되는 상기 입사광의 적어도 일부는 입사광 중에서 광결정 입자(110)들에서 반사되지 않고 광결정 입자(110)들을 투과하는 광 및/또는 광결정 입자(110)들 사이를 통과하는 광을 포함한다. 이를 위하여, 제 1 전기영동 입자(314)들 및 제 2 전기영동 입자(312)들은 입사광이 반사되어 나아가는 방향(예컨대, 반사광 La, Lb, Lc이 나아가는 방향)과 반대측인 광결정 입자(110)들의 하부에 배치될 수 있다.
광결정 입자(110)들이 분산된 제 1 매개체(120)를 포함하여 채워진 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b)이 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(160a, 160b)과 나란한 방향으로 배열되며, 제 1 전기영동 입자(314)들 및 제 2 전기영동 입자(312)들이 분산된 제 2 매개체(320)를 포함하여 채워진 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b)이 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(160a, 160b)과 나란한 방향으로 배열될 수 있다. 복수개의 제 1 단위셀들(100a, 100b)은 격벽(145) 구조로 서로 분리되며, 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b)은 캡슐(340) 구조로 서로 분리될 수 있다.
특히, 제 1 단위셀들(100a, 100b)과 제 2 단위셀들(300a, 300b)이 서로 이격하거나 접하여 배치되는 것이 아니라, 각각의 제 1 단위셀(100a, 100b)은 복수개의 제 2 단위셀들(300a, 300b)을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 제 2 단위셀들(300a, 300b)은 캡슐(340) 구조로 서로 분리된 상태로 제 1 매개체(120) 내에 분산될 수 있다.
상술한 구조는, 예를 들어, 광결정 입자(110)들과 투명한 제 1 매개체(120)의 비중보다 크고 열 내지 광에 의하여 경화될 수 있는 경화제를 제 1 전기영동 입자(314)들 및 제 2 전기영동 입자(312)들이 채워진 캡슐(340) 구조의 제 2 단위셀들(300a, 300b)과 함께 혼합한 후 비중에 의하여 제 2 단위셀들(300a, 300b)을 하부전극인 제 2 전극(160a, 160b)으로 집중시킨 후 경화시킴으로써 구현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치에 따르면, 광결정 입자(110)와 제 1 전기영동 입자(314)는 각각 서로 반대 부호의 전하를 띄며, 광결정 입자(110)와 제 2 전기영동 입자(312)는 각각 동일한 부호의 전하를 띌 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광결정 표시장치에 따르면, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(160)은 광 투과성 물질을 포함하여 이루어질 수 있으며, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(160) 중 어느 하나의 전극은 광결정 입자(110)들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 1 표시부를 구성하며, 제 1 전극(180) 및 제 2 전극(160) 중 나머지 어느 하나의 전극은 제 1 전기영동 입자(314)들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 2 표시부를 구성할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의하면, 광결정 표시부의 단위셀들과 예를 들어, 일대일 매칭되는 하부영역에 외부광원을 흡수하는 모드(검은색 하전입자 내지 black dye)와 특정한 파장을 반사시킬 수 있는 모드(광결정입자들의 고유물질이 반사시키는 파장과는 다르게 설정된 특정 파장대의 반사값을 가지는 하전입자)로 구성된 전기영동 디스플레이를 적용함으로써 광결정 표시장치가 구동되는 단위셀 영역의 하부전극 방향에는 외부광원을 흡수하는 검은색 전기영동 입자(상술한 제 2 전기영동 입자) 내지 광흡수 매개체(black dye, 상술한 염료 매개체)가 노출되도록 하여 블랙시트(black sheet)로서의 기능을 수행하여 광결정 입자들 간의 특정한 간격과 배열에 따른 파장의 강도(intensity)가 감소되지 않도록 하여 명확한 컬러를 구현하도록 하고, 동작하지 않는 광결정 표시장치의 단위셀들과 대응되는 하부전극 방향으로는 광결정 입자들의 고유색과 대조되는 컬러(예를 들어, 색상환에서 마주보는 컬러)를 반사시키거나 광결정 입자들에 반사되는 파장을 왜곡 내지 간섭시킬 수 있는 파장을 반사시키는 하전입자(상술한 제 1 전기영동 입자)들이 노출되도록 하여 광결정 입자들의 자체물질에 의하여 반사되는 특정한 파장이 하전입자들에 의하여 반사되는 파장들에 의하여 간섭 내지 왜곡이 일어나 최종 광결정 입자들의 표시부로 반사되는 광결정 입자들의 물질에 의한 반사되는 파장의 강도(intensity)를 약화시키거나 인접 단위셀에 구동되어 반사되는 파장에 간섭과 왜곡을 최소화 시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (29)

  1. 광결정 입자들 및 제 1 전기영동 입자들을 포함하고,
    광결정 입자들은, 전기장이 인가될 때에는 인가된 전기장의 세기나 방향에 의하여 간격 내지 배열이 조절됨으로써 입사광이 제 1 파장대의 반사광으로 반사되며, 전기장이 인가되지 않을 때에는 광결정 입자들을 구성하는 물질 자체에 의하여 입사광이 제 2 파장대의 반사광으로 반사되고,
    제 1 전기영동 입자들은, 광결정 입자들로부터 반사되는 제 2 파장대의 반사광 강도(intensity)를 감소시키기 위하여 제 2 파장대의 반사광과 상쇄간섭 또는 회절간섭을 일으키도록, 입사광의 적어도 일부가 제 3 파장대의 반사광으로 반사되는,
    광결정 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가시광의 모든 파장대에서 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는 제 2 전기영동 입자들; 을 더 포함하는, 광결정 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1 전기영동 입자들 및 제 2 전기영동 입자들은 입사광이 반사되어 나아가는 방향과 반대측인 광결정 입자들의 하부에 배치되는, 광결정 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    제 1 전기영동 입자들에서 반사되거나 제 2 전기영동 입자들에서 흡수되는 입사광의 적어도 일부는 입사광 중에서 광결정 입자들에서 반사되지 않고 광결정 입자들을 투과하는 광 및/또는 광결정 입자들 사이를 통과하는 광을 포함하는,
    광결정 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    서로 대향하도록 이격되어 배치되며, 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가될 수 있는, 제 1 전극 및 제 2 전극;
    제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재되며, 광결정 입자들이 분산될 수 있는, 제 1 매개체; 및
    제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재되며, 제 1 전기영동 입자들 및 제 2 전기영동 입자들이 분산될 수 있는, 제 2 매개체;
    를 더 포함하는, 광결정 표시장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    광결정 입자들이 분산된 제 1 매개체를 포함하여 채워진 제 1 단위셀이 제 1 전극 및 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열되며,
    제 1 전기영동 입자들 및 제 2 전기영동 입자들이 분산된 제 2 매개체를 포함하여 채워진 제 2 단위셀이 제 1 전극 및 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열되는, 광결정 표시장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    제 1 전극 및 제 2 전극은 광 투과성 물질을 포함하여 이루어지며,
    제 2 전기영동 입자들은 제 2 단위셀 내에서 제 1 전기영동 입자들 보다 제 1 단위셀에 더 가깝게 배치됨으로써, 제 2 전기영동 입자들은 블랙시트의 기능을 수행함과 동시에 제 1 전극 및 제 2 전극 중 어느 하나의 전극은 광결정 입자들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 1 표시부를 구성하며, 제 1 전극 및 제 2 전극 중 나머지 어느 하나의 전극은 제 1 전기영동 입자들에 의한 색상, 이미지 내지 정보를 표시하는 제 2 표시부를 구성하는, 광결정 표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀이 상층을 형성하고 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀이 하층을 형성하는 복층 구조인, 광결정 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀과 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀은 각각 일대일로 대응하여 배치되는, 광결정 표시장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    각각의 제 1 단위셀은 제 1 단위셀 내에서 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀을 포함하는, 광결정 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 2 단위셀은 입사광이 반사되어 나아가는 방향과 반대측인 제 1 단위셀 내의 하부에 배치된, 광결정 표시장치.
  12. 제 6 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀 및/또는 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀은 각각 격벽 구조 또는 캡슐 구조로 분리된, 광결정 표시장치.
  13. 제 6 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀은 복수개의 제 1 단위셀을 포함하거나, 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀은 복수개의 제2 단위셀을 포함하며,
    복수개의 제 1 단위셀 또는 복수개의 제 2 단위셀에 각각 독립적으로 전기장을 인가하기 위하여, 제 1 단위셀과 제 2 단위셀 사이에 개재된 추가 전극;을 더 포함하는, 광결정 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 전극 및/또는 제 2 전극은 복수개의 제 1 단위셀 및/또는 제 2 단위셀에 공통으로 전압이 인가될 수 있는 공통전극이며,
    추가 전극은 복수개의 제 1 단위셀 및/또는 복수개의 제 2 단위셀 각각에 독립적으로 전압을 인가할 수 있도록 서로 이격된 복수개의 서브전극을 포함하는,
    광결정 표시장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    제 1 단위셀과 제 2 단위셀 사이에 개재된 이방성 전도성 접착체 또는 점착제;를 더 포함하는, 광결정 표시장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    서로 대향하도록 이격되어 배치되며, 전기장을 형성하기 위하여 전압이 인가될 수 있는, 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
    제 1 전기영동 입자들이 분산될 수 있으며, 가시광의 모든 파장대에서 입사광의 적어도 일부를 흡수할 수 있는, 염료 매개체; 를 더 포함하며,
    제 1 전기영동 입자들에 의하여 반사되거나 염료 매개체에 의하여 흡수되는 입사광의 적어도 일부는 입사광 중에서 광결정 입자들에서 반사되지 않고 광결정 입자들을 투과하는 광 및/또는 광결정 입자들 사이를 통과하는 광을 포함하는,
    광결정 표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    광결정 입자들이 분산된 제 1 매개체를 포함하여 채워진 제 1 단위셀이 제 1 전극 및 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열되며,
    제 1 전기영동 입자들이 분산된 염료 매개체를 포함하여 채워진 제 2 단위셀이 제 1 전극 및 제 2 전극과 나란한 방향으로 적어도 하나 이상 배열되는, 광결정 표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀이 상층을 형성하고 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀이 하층을 형성하는 복층 구조인, 광결정 표시장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀 및/또는 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀은 각각 격벽 구조 또는 캡슐 구조로 분리된, 광결정 표시장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    적어도 하나 이상의 제 1 단위셀은 복수개의 제 1 단위셀을 포함하거나, 적어도 하나 이상의 제 2 단위셀은 복수개의 제2 단위셀을 포함하며,
    복수개의 제 1 단위셀 또는 복수개의 제 2 단위셀에 각각 독립적으로 전기장을 인가하기 위하여, 제 1 단위셀과 제 2 단위셀 사이에 개재된 추가 전극;을 더 포함하는, 광결정 표시장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    제 1 전극 및/또는 제 2 전극은 복수개의 제 1 단위셀 및/또는 제 2 단위셀에 공통으로 전압이 인가될 수 있는 공통전극이며,
    추가 전극은 복수개의 제 1 단위셀 및/또는 복수개의 제 2 단위셀 각각에 독립적으로 전압을 인가할 수 있도록 서로 이격된 복수개의 서브전극을 포함하는,
    광결정 표시장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    제 1 전기영동 입자들은 전기장이 인가되었을 때 구현된 입자들의 간격 내지 배열을 전기장이 차단되더라도 유지할 수 있는 쌍안정성(bistability) 특성이 광결정 입자들보다 더 우수한, 광결정 표시장치.
  23. 제 1 항에 있어서,
    광결정 입자와 제 1 전기영동 입자는 각각 서로 반대 부호의 전하를 띄는, 광결정 표시장치.
  24. 제 2 항에 있어서,
    광결정 입자와 제 1 전기영동 입자는 각각 서로 반대 부호의 전하를 띄며, 광결정 입자와 제 2 전기영동 입자는 각각 동일한 부호의 전하를 띄는, 광결정 표시장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    광결정 입자들이 분산된 매개체는, 동일한 부호의 전하를 각각 가지며 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 광결정 입자들이 매개체 내에 분산된 상태이거나, 동일한 부호의 전하를 각각 가지는 광결정 입자들이 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 매개체 내에 분산된 상태인, 광결정 표시장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    광결정 입자는 그 자체로 전하를 갖거나, 광결정 입자의 성질이 변화되어 전하를 갖게 되는, 광결정 표시장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    전기 분극 특성을 갖는 광결정 입자 또는 전기 분극 특성을 갖는 매개체는 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함하는, 광결정 표시장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    전기 분극 특성을 갖는 광결정 입자 또는 전기 분극 특성을 갖는 매개체는 초상유전성(superparaelectric) 또는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함하는, 광결정 표시장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    전기 분극 특성을 갖는 광결정 입자 또는 전기 분극 특성을 갖는 매개체는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함하는, 광결정 표시장치.
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