KR101852429B1 - 액체 미세 셔터 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표시장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 투명하부기판, 배면광을 하위 화소에 대응하는 원색으로 변환하는 기능 및 하위 화소에 대응하는 원색 대역의 외광을 반사시키는 기능 중 적어도 하나를 수행하는 광변환부, 전기 습윤 구동용 하부 투명 전극층, 상기 광변환부에서 출사되는 광의 경로를 개폐하거나 개구 영역을 조절하는 액체 미세셔터를 포함하는 하부 패널; 및 투명상부기판, 전기 습윤 구동용 상부 투명 전극층을 포함하는 상부 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치에 관한 것이다.

Description

액체 미세 셔터 표시장치 {Liquid micro shutter display device}
본 발명은 액체 미세 셔터 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 이용 효율을 개선할 수 있고, 전력 소모를 절감하며, 선명한 화질을 제공할 수 있는 미세 셔터 표시 장치에 관한 것이다.
화면 표시장치의 대표적인 예인 액정 표시장치(LCD)는 텔레비전, 모니터 등의 디스플레이(Display)기기, 휴대전화, PMP(potable media player), MP3 플레이어, 디지털 카메라 등의 휴대용 기기, 공공 장소에서의 정보 표시용 디스플레이(Public Information Display; PID), 실내/외 광고용 디스플레이 등 거의 모든 전자기기의 표시장치로 이용되고 있다.
기존 기술에 의한 통상적인 액정 표시장치는 2차원 매트릭스(Matrix) 형태로 배열된 다수 개의 화소(pixel)로 이루어진다. 이때, 각 화소는 서로 대향하는 투명기판, 상기 기판상에 형성된 투명 전극, 상기 투명 전극 사이에 봉입된 액정(Liquid Crystal)으로 구성된다. 그리고 컬러 디스플레이의 경우에는 적, 녹, 청 등의 색상 표현을 위하여 하위 화소(sub-pixel)를 구성하는 색 필터(color filter)가 상기 투명기판 표면에 부가되어 있다. 그리고 서로 수직인 편광 특성을 갖는 편광판(polarizer plates or polarizer layers)이 상기 투명기판 양쪽에 각각 배치되어, 평상시에는 상기 편광판이 배면 조광부(backlight unit)에서 조사되는 빛을 차단한다. 그러나 액정에 전압이 인가되면 액정의 배열이 회전하면서 빛의 위상을 변화시켜 상기 편광판이 배면 조광부(backlight unit)에서 조사되는 빛을 투과시키게 된다. 또, 상기 하위 화소 영역의 액정을 독립적으로 구동시키기 위하여, 통상 액정 패널을 구성하는 하부 투명기판에 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)구동 회로가 2차원 매트릭스 형태로 집적되어 있다.
액정 표시장치는 영상을 구성하는 화소가 자체적으로 발광하지 못한다. 즉, 액정 표시장치는 배면 광원으로부터 조사되는 조명 광을 액정 및 두 개 이상의 편광판 조합에 의하여 단속(intermittence)하는 것에 의하여 영상을 표시한다. 이 경우, 편광판에 의해 배면광의 절반 이상이 손실되고, 공간적으로 분리된 색 필터를 통과하면서 편광판을 지나온 빛의 1/3 정도만이 화면 표시에 이용되며, 기타 광학 필름 요소에 의하여 광 손실이 일어나므로, 광학적 측면에서 액정 표시장치는 광 이용 효율이 매우 낮은 소자이다.
한편, 휴대 전화기, 태블릿 컴퓨터(Tablet Computer), 개인용 정보 보조 장치(PDA), 휴대용 멀티미디어 기기 등의 휴대 기기와 공공 정보 표시장치(Public Information Display) 및 옥외 광고 표시장치 등과 관련된 분야에서, 강한 자연광 등의 외광(ambient light) 환경에서도 우수한 화질을 제공할 수 있는 표시장치에 대한 요구가 증가하고 있다. 그러나, 기존 투과형(transmissive) 액정 표시장치는 백라이트에서 조사되어 액정 및 복수의 편광판을 거쳐 최종적으로 출사되는 디스플레이의 휘도가 자연광에 의한 주변 밝기에 비해 상대적으로 낮다는 문제점이 있다. 또, 액정 디스플레이 표면에서 반사되는 외광의 영향 등으로 가독성(readability) 및 시인성(visibility)이 매우 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 액정 표시장치를 채용한 TV, 컴퓨터 모니터(monitor) 등의 경우에도 강한 실내 조명과 같은 환경에 의하여 시인성 저하가 나타나기도 한다. 이러한 투과형 액정 표시장치의 문제점과 관련하여, 외광의 밝기를 검지한 후 외광 조건에 근거하여 배면 광원의 휘도를 증가시키는 방안이 있었다. 그러나, 발광 소자의 효율 및 발열 등의 기술적 문제로 배면 광원의 휘도를 증가시키는 것에는 한계가 있으며, 이 경우 전력 소모 또한 급격히 증가한다는 문제점이 있다.
한편, 밝은 외광 환경에서도 시인성을 확보하고 백라이트 유닛에 의한 소모전력을 저감하기 위하여 자연광 등의 밝은 외광(ambient light)을 광원으로 사용하는 반사형(reflective) 액정 표시장치가 개발되었다. 반사형 액정 표시장치는 일반적인 투과형 액정 표시장치와 같이 액정 층, 색 필터, 편광 필터 또는 편광판, 투명기판 등으로 구성되며, 영상 표시를 위한 동작 원리도 투과형 액정 표시장치와 유사하다. 그러나, 반사형 액정 표시장치는 하위 화소의 일부 영역에 색 필터를 제거하고 반사 층 등이 부가되어 있다. 그리고, 반사형 액정 표시장치는 상기 색 필터가 제거된 영역을 통하여 외부에서 입사된 빛을 반사 층을 통하여 반사시켜 각 하위 화소의 액정을 통하여 밝기를 조절하고 색 필터를 통과하도록 하여 영상을 표시한다는 점에서 투과형 액정 표시장치와 차이가 있다. 반사형 액정 표시장치는 추가의 광원이 필요 없으므로 소모전력이 낮고 밝은 외광의 환경에서도 가독성을 개선할 수 있다는 장점이 있으나, 실내 또는 어두운 환경에서 화질이 악화될 수 있다는 단점이 있다.
최근, 외부광을 이용하는 반사형과 기존의 배면광 조명을 이용하는 투과형을 절충한 액정 디스플레이 장치로 반투과형(trans-reflective) 액정 표시장치 등이 연구 개발되고 있다. 그러나, 반투과형(trans-refelctive) 액정 표시장치는 반사형 동작을 위한 영역과 투과형 동작을 위한 영역이 평면적으로 분할(areal division)되어 디스플레이 장치의 분할된 각 화소(pixel)를 조합하여 구성되므로, 투과 모드 구동일 때와 반사 모드 구동일 때의 공간 해상도 저하를 피할 수 없고, 각각의 모드에 대해 최대의 광 휘도 역시 달성할 수 없다. 특히, 최근에 휴대 전화와 같은 휴대용 기기가 실내 및 실외를 가리지 않고 장소의 제한이 없이 사용되는 경우가 많다는 점, 배터리(battery) 구동으로 인한 저전력 소모에 대한 요구가 높아진다는 점 등을 감안했을 때, 기존 액정 표시장치의 한계를 극복할 수 있는 대안이 요구되고 있다.
액정 표시장치 등 기존 기술에 의한 투과형 화면 표시장치보다 향상된 광 이용 효율을 가진 액체 미세 셔터 표시장치를 제공한다.
사용자가 의도하는 특성의 화면 표시가 가능한 액체 미세 셔터 표시장치를 제공한다.
배면광에 의한 투과형 기능과 외광을 광원으로 하는 반사형 기능을 단일 화면 표시장치에서 최적화하여 제공할 수 있는 액체 미세 셔터 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 셔터 표시장치는 투명 하부기판, 배면광을 하위 화소에 대응하는 원색으로 변환하는 기능 및 하위 화소에 대응하는 원색 대역의 외광을 반사시키는 기능 중 적어도 하나를 수행하는 광변환부, 전기 습윤 구동용 하부 투명 전극층, 상기 광변환부에서 출사되는 광의 경로를 개폐하거나 개구 영역을 조절하는 액체 미세셔터를 포함하는 하부 패널, 및 투명 상부기판, 전기 습윤 구동용 상부 투명 전극층을 포함하는 상부 패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액체 미세 셔터는 캐비티가 형성되어 있는 격벽 구조물 및 상기 격벽 구조물내의 무극성 비전도성의 유색 액체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 패널과 상기 상부 패널의 사이의 공간은 극성의 전도성 투명 액체를 포함하고, 상기 하부 투명 전극층은 하부 투명 전극, 제 1 투명 절연체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광변환부와 하부 투명 전극 및 제 1 투명 절연체층 사이에 제 2 투명 절연체층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 전기 습윤 구동시, 상기 제 1 투명 절연체층 표면 소정의 위치에서 상기 유색 액체가 모여 개구 영역이 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 배면광을 조사하는 배면 조광부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배면 조광부는 상기 투명 하부기판과의 접합면과 대향하는 면에 반사층을 구비하여 구성되는 도광판 요소, 및 상기 도광판 요소에 배면광을 조사하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반사층은 미세 요철 형상의 반사 패턴 요소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광변환부는 상기 배면광을 하위 화소에 대응하는 원색광으로 변환하는 형광 물질로 이루어진 광여기 발광부, 변환된 상기 원색 광은 반사시키고 변환되지 않은 배면광은 투과시키는 이색성 반사층 및 하위 화소에 대응하는 원색 광을 투과시키는 하위 화소 별 색 필터 중 적어도 하나를 포함하는 광변환 영역, 및 배면광을 반사시키거나 외광을 차단하는 차광부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 액체 미세 셔터를 구동하기 위한 구동 신호를 공급하는 구동 회로를 상기 투명 하부기판에 설치하고, 상기 구동 회로의 표면에 평탄화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 투명 전극층 및 상기 상부 투명 전극층에 구동 전압이 인가되는 경우에, 상기 구동 전압에 의하여 발생한 상기 하부 투명 전극층과 상기 상부 투명 전극층 사이의 전계에 의해 상기 액체 미세 셔터가 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 전압은 아날로그 방식으로 인가되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동 전압을 인가하기 위한 전압 인가 파형은 디지털 파형으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 극성의 전도성 투명 액체는 상기 하부패널의 광 출사면, 상기 상부패널의 광 입사면 각각과 굴절률 차이가 최소화되는 액체인 것을 특징으로 한다.
또한, 외광 검지 센서, 및 상기 외광 검지 센서의 측정 결과에 근거하여 상기 광원의 출사 광량을 조절하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광여기 발광부는 양자점(quantom dot) 및 나노 막대(nanorod) 중 적어도 하나를 포함하는 나노 입자로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배면광이 상기 하위 화소에 대응하는 원색 광을 조사하는 경우, 상기 광여기 발광부를 생략하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시장치는, 기존 표시장치보다 배면광 이용 효율, 투과 효율을 향상시킴으로써, 보다 낮은 소모 전력으로 동일한 밝기의 화상을 표시할 수 있고, 동일한 소모 전력으로 보다 밝은 화상을 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시장치는, 셔터의 개구율(open aperture ratio)을 용이하게 조절함으로써, 사용자가 원하는 특성의 화면을 용이하게 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 표시장치는, 공간해상도를 저해하지 않으면서 투과형 동작과 반사형 동작을 수행함으로써, 각각의 모드에 대해서 최대의 광 휘도를 달성할 수 있고, 다양한 사용환경 하에서도 시인성 및 가독성을 확보하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 디스플레이 패널(flat display pannel) 및 상기 패널을 구성하는 단위 화소(unit pixel)를 나타내는 도면이다.
도 2(a)는 액체 미세 셔터 표시장치의 단위 화소에 대한 사시도이다. 도 2(b)는 단위 화소의 주요 구성별 분해도를 나타낸 도면이다.
도 3(a)는 도 2(a) B3-B4의 절단면을 도시한 도면이고, 도 3(b)는 도 2(a) C3-C4의 절단면을 도시한 도면이다.
도 4(a)는 A1-A2의 가상선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4(b)는 B1-B2의 가상선을 따라 절단한 단면도이고, 도 4(c)는 C1-C2 의 가상선을 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 액체 미세 셔터 표시장치의 반사 방식(reflective mode) 구동 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액체 미세 셔터 표시장치의 화소 구성과 화소의 색상 표시 방식을 나타낸 도면이다.
도 7(a)는 하위 화소에 구동 전압(VS)을 인가하는 방식 및 구동 전압에 따른 미세 셔터의 개도(aperture area) 변화를 나타낸 도면이다. 도 7(b)는 구동 전압에 따른 미세 셔터의 개도(aperture area) 변화 양상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 하위 화소의 액체 미세 셔터 폐쇄 상태와 개방 상태 및 각 상태별 구동 전압을 나타낸 도면이다. 도 8(b)는 N-bit의 계조(grey scale)로 표현되는 하위 화소의 원색을 최대 밝기로 표시하는 경우의 액체 미세 셔터 구동 전압 파형을 나타낸 도면이다. 도 8(c)는 N-bit 계조 표현이 가능한 하위 화소의 원색을 임의의 계조(0과 (2N-1) 사이의 임의의 정수에 해당하는 계조)로 표현하는 경우의 액체 미세 셔터 구동 전압 파형을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명에 의 미세 셔터 화면 표시장치를 휴대형 전자 기기에 적용한 사용 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 외광(3) 환경을 검지(sensing)하고 이에 근거하여 배면 광원(310)의 광 출력을 조절함으로써, 투과형과 반사형 동작의 화면 표시 기여 비율을 최적화하여 병행하도록 할 수 있는 수단을 미세 셔터 화면 표시장치와 조합한 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래에서는 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 평판형 디스플레이 패널(flat display pannel) 및 상기 패널을 구성하는 단위 화소(unit pixel)를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 액세 미세 셔터를 포함하는 하부 패널(100)과 액체 미세 셔터의 전기 습윤(electrowetting) 구동을 위한 투명 대향 전극을 구비한 상부 패널(200)에 의하여 단위 화소가 구성된다. 상기 단위 화소는 적색, 녹색, 청색 등의 원색을 표현하는 하위 화소(sub-pixel: SP)가 개별적으로 구획되어 구성될 수 있다. 상기 하부 패널(100)과 상기 상부 패널(200)은 패널의 테두리 부위가 기밀 봉합 구조(410)로 접합 조립되며, 상기 봉합 구조 내에 극성의 전도성 투명 액체(400)가 봉입되어 디스플레이 패널이 구성된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액체 미세 셔터 표시장치(liquid micro-shutter display)에서의 단위 화소(unit pixel) 구조를 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도 2(a)는 액체 미세 셔터 표시장치의 단위 화소에 대한 사시도이다. 도 2(b)는 단위 화소의 주요 구성별 분해도를 나타낸 도면이다.
도 2(a), (b)를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 액체 미세 셔터 표시장치의 하부 패널(100)은 전극 및 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT) 등의 개별 하위 화소 구동 회로가 집적된 투명 하부 기판(10), 그 위에 순차적으로 적층되는 광변환부(20), 전기 습윤 구동용 하부 투명 전극층(30), 액체 미세 셔터 배열 구조(40)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 의할 때, 상기 광변환부(20)에서는, 적색 표현을 위한 광변환 영역(21-1), 녹색 표현을 위한 광변환 영역(21-2), 청색 표현을 위한 광변환 영역(21-3) 등이 차광부(24)의 형상에 의하여 구획되어 배열될 수 있다. 상기 하부 투명 전극층(30)은 전기 습윤 구동에 적합한 평면 형상이 패터닝 된 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO) 등으로 이루어진 하부 투명 전극, 상기 투명 전극의 상부 및 하부를 전기적으로 절연하기 위한 제 1 투명 절연체층, 제 2 투명 절연체층을 포함할 수 있다. 상기 액체 미세 셔터 배열 구조(40)는 배면광 또는 외광을 차폐 또는 개방시키는 셔터 기능을 담당하는 무극성(non-polar)의 절연성 유색 액체(41)와, 하위 화소 별 광변환부에 정렬되어 상기 유색 액체를 구획하여 담지하는 미세 공간(cavity)이 형성된 하위 화소 격벽 구조물(sidewall grid)(42)을 포함할 수 있다. 또, 상부 패널(200)의 저면에는 상부 투명 전극층이 집적되어 있다.
도 3(a)는 도 2(a) B3-B4의 절단면을 도시한 도면이고, 도 3(b)는 도 2(a) C3-C4의 절단면을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하여 미세 셔터 표시장치의 구성을 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.
도 3(a), (b)를 참조하면, 본 발명의 액체 미세 셔터 표시장치의 하부 패널(100)은 투명 하부 기판(10), 배면광을 하위 화소에 대응하는 원색으로 변환하는 기능 및 하위 화소에 대응하는 원색 대역의 외광을 반사시키는 기능 중 적어도 하나를 수행하는 광변환부(20), 전기 습윤 구동용 하부 투명 전극층(30), 상기 광변환부(20)에서 출사되는 광의 경로를 개폐하거나 개구 영역을 조절하는 액체 미세셔터(40)를 포함할 수 있다. 또, 본 발명의 액체 미세 셔터 표시장치의 상부 패널(200)은 투명 상부 기판(201), 전기 습윤 구동용 상부 투명 전극층(202)을 포함할 수 있다. 또, 본 발명의 액체 미세 셔터 표시장치는 하부 패널(100)의 저면에 배면 조광부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 배면 조광부(300)는 배면광을 화면 영역 전체에 균일하게 유도하기 위하여 투명 소재 도광판(301), 상기 투명 소재 도광판 저면에 구비된 높은 반사도를 갖는 반사층(302)을 포함할 수 있다. 상기 배면 조광부(300)는 상기 투명 하부기판(10)의 저면에 구비될 수 있다. 한편, 상기 광변환부(20)의 차광부(24)와 대향하는 투명 하부 기판(10)의 소정의 영역에서 차광부 반사면(24-1)이 형성될 수 있다. 상기 차광부 반사면(24-1)은 배면광(1)을 반사시킬 수 있다. 또는, 상기 투명 하부기판(10)의 일면에 전극 배열 또는 박막 트랜지스터 배열로 구성되는 하위 화소 구동 집적 회로가 설치될 수 있다. 그리고, 상기 구동 집적 회로 표면에 평탄화층(12)이 형성될 수 있다. 상기 평탄화층은 절연체로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 차광부 반사면(24-1)은 상기 평탄화층(12)과 상기 차광부(24)의 계면에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의할 때, 배면광(1)은 투명 소재 도광판(301)과 투명 하부기판(10) 사이에서 상기 반사층(302)및 상기 차광부 반사면(24-1)에 의하여 다중 반사를 하게 된다. 상기 배면광(1)은 상기 다중 반사를 통하여 상기 차광부 반사면(24-1)이 형성되어 있지 않은 투명 하부기판(10)의 광 개구부(aperture)로 입사할 수 있다. 따라서, 상기 다중 반사에 의하여 배면광량 대비 하부기판에서 상기 미세 셔터로 출사되는 개별 원색 광량의 비율을 높일 수 있다. 또, 도광판 요소와 하부기판을 결합하여 배면광 조광 장치(backlight unit assembly)를 구성하고, 배면 광원에서 광이 입사되는 영역을 제외한 배면광 조광 장치의 측면에 반사 층을 접합하거나 적층하여 배면광 이용 효율을 개선할 수 있다. 또한, 상기 반사층(302)은 반사되는 광 경로를 상기 하부기판 방향으로 지향하도록 하고, 화면 전체에 대한 휘도 분포 균일도를 향상시키기 위하여 다수의 미세 요철 형상의 반사 패턴 요소를 포함할 수 있다.
상기 광변환부(20)는 상기 배면광을 하위 화소에 대응하는 원색 광으로 변환하는 형광 물질로 이루어진 광여기 발광부(21), 변환된 상기 원색 광은 반사시키고 변환되지 않은 배면광은 투과시키는 이색성 반사 층(23), 변환된 원색 광을 투과시키는 하위 화소 별 색 필터(22)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 광여기 발광부(21)는 발광 대역 반치폭(full width at half maxium; FWHM) 특성이 좁고, 가시광 영역의 색 좌표계에서 각각의 원색에 포화된(color saturated) 중심 파장(peak wavelength)을 발광하는 형광 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 광여기 발광부(21)는 각각의 하위 화소에 대응하는 광발광 특성을 갖는 양자 점 집합체(quantum dot ensemble) 또는 양자점을 함유하는 복합(quantum dot matrix) 형광체를 적용하여 구성하는 구조를 포함할 수 있다. 또, 상기 광여기 발광부(21)는 나노미터(nanometer) 수준의 직경을 갖는 반도체 여기 발광 물질인 양자 점(quantum dot), 나노 막대(nanorod) 등을 포함하는 나노 입자를 기반으로 하여, 필요한 하위 화소 별 원색에 맞게 구성될 수 있다.
상기 광여기 발광부(21)는 입사된 광을 여기 광(excitation light)으로 하여 파장 천이(wavelength conversion)된 광을 발광하는 형광체(phosphor) 등의 광발광(photoluminescence) 물질로 형성되어 있다. 상기 광여기 발광부(21)에 의하여, 상기 배면광(1)은 해당 하위 화소에 대한 적색, 녹색, 또는 청색 중 하나의 화상 표시용 원색광(2)으로 변환된다. 상기 변환된 원색광(2) 중 하부의 배면 조광부(backlight unit) 방향으로 향하는 성분과 관련하여, 배면광(1)의 파장 대역은 투과하고, 그 이외의 변환된 파장 영역은 반사하는 이색성 반사층(23)을 상기 투명기판(10)과 상기 광 여기 발광부(21) 사이에 더 포함하여 구성할 수 있다. 상기 이색성 반사층(23)은 이색성 경면 또는 필터(dichroic mirror/filter) 등의 광학 요소로 구현될 수 있다. 상기 광 여기 발광부(21) 상부에는 변환된 원색광의 대역을 투과시키는 해당 하위 화소 별 색 필터(color filter)(22)를 적층할 수 있다. 상기 색 필터(22)는 해당 하위 화소에 해당하는 광만을 통과시키므로 본 발명에 의한 화면 표시장치에 천연색(full color) 반사형 기능을 부여하는 경우에 필요하다. 그리고, 본 발명에 의한 화면 표시장치가 투과형 또는 단색(monochrome) 반사형으로 동작하는 경우에는 상기 색 필터(22)를 생략할 수 있다.
상기 하부 투명 전극층(30)은 상기 광변환부(20)의 상부에 형성될 수 있다. 상기 하부 투명 전극층(30)은 전기 습윤 구동에 적합한 평면 형상이 패터닝된 인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO) 등으로 이루어진 하부 투명 전극(31), 상기 하부 투명 전극(31)의 상부를 전기적으로 절연하기 위한 제 1 투명 절연체층(32), 상기 투명 전극의 하부를 전기적으로 절연하기 위한 제 2 투명 절연체층(33)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 제 2 투명 절연체층(33)은, 외부 환경에 의한 광변환부(20)의 변색 및 변형을 억제하기 위하여, 상기 광변환부(20)의 표면에서 투명 박막이 적층되어 형성될 수 있다. 또, 상기 제 2 투명 절연체층(33)과 접하는 차광부(24)의 상부 면은 외광에 의한 반사를 최소화 할 수 있도록 흑체(black matrix)를 포함하여 형성하거나, 상기 차광부 물질 표면을 흑화 처리하여 구성할 수 있다.
한편, 상기 하부패널(100)과 상기 상부패널(200) 사이의 공간에는 극성의 전도성 투명 액체(400)가 봉입될 수 있다. 또, 상기 전도성 투명 액체(400)는 상기 하부패널의 광 출사면, 상기 상부패널의 광 입사 표면 각각과 굴절률 차이가 최소화되는 액체인 것이 바람직하다. 이 경우, 각각의 계면에서 발생할 수 있는 산란, 전반사 등의 광 손실을 최소화할 수 있고, 화상 왜곡을 줄여서 보다 선명한 화면을 제공할 수 있다.
또, 광 변환부의 저면에 구비될 수 있는 이색성 반사층(23)은, 외광(3)을 이용한 경우의 하위 화소 별 원색 반사 효율을 높일 수 있다. 맑은 날의 실외 자연광 환경과 같이 외광(3)이 강한 경우에는 배면광(1)을 이용하지 않고, 반사형 구동만으로도 화상 표시가 가능하다. 또, 실내 조명 환경과 같이 외광의 세기(intensity)가 충분하지 않은 경우에는 배면광(1)의 세기를 적절한 수준으로 낮추고 외광에 의한 반사를 활용함으로써, 화면 표시장치의 전력 소모를 줄일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 표시장치는, 배면 조광부(300) 및 하부 패널(100)에 포함된 각 구성에 의하여, 공간해상도를 저해하지 않으면서 투과형 동작과 반사형 동작을 수행하도록 할 수 있다.
도 3은 화면 표시장치를 구성하는 원색과는 상이한 배면 광원을 이용하는 세부 하위 화소 별 광 변환부 구성을 개시하고 있다. 그러나, 본 발명의 일실시예에 의할 때, 배면 광원을 적색 발광 다이오드(light emitting diode) 등과 같이 화면 표시장치의 원색과 일치하는 대역으로 구성하는 경우, 청색 및 녹색을 표현하는 하위 화소의 구조는 상기 도 3과 동일하게 구성하고, 적색 하위 화소의 구조에서는 적색 광여기 발광층(21)을 생략할 수 있다. 또, 화면 표시장치에서 반사형 기능을 적용하지 않고 투과형 기능만 이용할 경우에는 적색, 녹색, 청색 각 하위 화소의 색 필터(22)를 생략할 수 있다.
상기 액체 미세 셔터 배열 구조(40)는 무극성의 절연성 유색 액체(41)와, 하위 화소 별 광변환부에 정렬되어 상기 유색 액체를 구획하여 담지하는 미세 공간(cavity)이 형성된 하위 화소 격벽 구조물(sidewall grid)(42)을 포함할 수 있다. 상기 절연성 유색 액체(41)는 배면광 또는 외광을 차폐하거나 개방시키는 셔터 기능을 담당한다.
상기 하부 투명 전극층(30)과 상기 상부 투명 전극층(202)에 소정의 전위를 인가함으로써, 상기 하부 투명 전극층(30)과 상기 상부 투명 전극층(202) 사이에 전계를 인가시킬 수 있다. 이때, 상기 전기 습윤 구동용 하부 투명 전극층(30) 및 상기 전기 습윤 구동용 상부 투명 전극층(202)에 인가되는 신호에 의하여 상기 액체 미세 셔터 배열 구조(40)의 개폐가 이루어진다. 즉, 상기 액체 미세 셔터 배열 구조물이 집적된 서로 대향하는 하부 기판 및 상부 기판의 평면 방향(in-plane direction)으로 구동 변위가 발생하여, 상기 하부 기판에 구비된 광 변환 영역을 상기 유색 액체로 가리거나 개방하도록 함으로써 상기 미세 셔터 배열 구조의 개폐가 가능하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 도 3(a)는 하부 투명 전극층(30)에 인가되는 구동 전압(VS)이 상부 투명 전극층의 전압과는 상이하여 미세 셔터가 개방된 상태를 나타내고 있다. 즉, 전기 습윤 현상에 의하여 절연체 유색 액체(41)가 상기 상부 투명 전극층과 상기 하부 투명 전극층 사이에 전계가 형성되어 있지 않은 소정의 영역(하부 투명 전극이 없는 부분)에서 뭉쳐짐으로써, 상기 액체 미셔셔터는 셔터 개방상태가 된다. 또, 도 3(b)는 하부 투명 전극층(30)에 인가되는 구동 전압(VS)이 상부 투명 전극층의 전압과 동일하여 미세 셔터가 폐쇄된 상태를 나타내고 있다. 즉, 절연체 유색 액체(41)와 극성의 전도성 투명 액체(400)의 정상 상태(steady state)의 표면 장력과, 상기 두 액체(41, 400), 소수성(hydrophobic)의 제 1 투명 절연체층(32) 및 하위 화소 격벽 구조물(42)간의 표면 에너지의 균형 상태로 인하여, 상기 액체 미셔셔터는 셔터 폐쇄 상태가 된다. 이는 무극성 액체 상부에 극성의 액체가 상 분리(phase separation) 되는 현상에 의하여 이루어진다. 또, 앞서 기재한 바와 같이, 상기 극성 액체의 상부에는 투명 전극이 구비되어, 상기 투명 전극이 상기 극성 액체와 통전되도록 할 수 있다.
즉, 도 3(a)는, 앞서 설명한 색상 변환 과정을 통하여, 광변환부(20)에서 출사되는 하위 화소의 원색 광(2)이 상기 차광용 유색의 무극성 액체(41) 주변의 광 개구부를 통해 투과되어 해당 하위 화소의 원색을 표현하는 과정을 나타내고 있다. 그리고, 도 3(b)는, 광 변환부(20)에서 출사되는 원색 광(2)이 광 개구부를 덮은 유색의 무극성 액체(41)에 의해 차광 되어 화면에는 흑색으로 표시되는 상태를 나타내고 있다.
도 4는, 액체 미세 셔터(liquid micro-shutter) 배열을 광 스위칭(optical switching) 요소로 갖는 직시형 천연색 표시장치(full color display)에 있어서, 배면 광원(310)을 화상 표시의 조명 광으로 이용하는 투과 방식(transmissive mode) 구동 원리를 나타낸다.
도 4는 도 2(a)에 표시되어 있는 표시장치를 A1-A2, B1-B2 및 C1-C2 가상선을 따라 절단한 단면을 나타낸 도면이다. 도 4(a)는 A1-A2 가상선을 따라 절단한 단면을 나타내고 있고, 도 4(b)는 B1-B2 가상선을 따라 절단한 단면을 나타내고 있고, 도 4(c)는 C1-C2 가상선을 따라 절단한 단면을 나타내고 있다. 도 4를 참조하여, 화소 동작 원리에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다. 도 4(a)는 적색 및 청색 하위 화소에서, 각각의 액체 미세 셔터의 개구 영역(open area)에 비례하는 적색 및 청색 변환 광이 출사되는 과정을 나타내고 있다. 한편, 녹색 변환 광은 차단되어 있는 화소 표시 동작을 나타내고 있다. 상기 광원(310)으로부터 출사되는 배면광(1)은 투명 소재 도광판(301)과 하부 투명기판(10) 사이에서 상기 반사층(302)및 상기 차광부 반사면(24-1)에 의하여 다중 반사를 하게 된다. 다중 반사하는 배면광(1)은 상기 차광부가 형성되어 있지 않은 광 개구부 영역에서 투명 상부기판(201) 방향으로 출사된다. 출사되는 과정에서 상기 배면광(1)은, 상기 광 개구부 영역에 집적되어 있는 광변환 영역(21-1, 21-2, 21-3)을 거치면서, 공간적으로 구획되어 있는 해당 하위 화소에 필요한, 적색(2-1), 녹색, 청색(2-3) 등으로 변환된다. 도 4(a)를 참조하면, 적색 변환 광(2-1) 및 청색 변환 광(2-3)이 통과하는 영역에서는 셔터가 개방되어있다. 따라서 상기 영역에서는 변환 광이 화면에 표시된다. 그리고, 녹색 변환 광이 통과하는 영역에서는 셔터가 폐쇄되어 있다. 따라서, 상기 영역에서는 변환 광이 화면에 표시되지 않는다. 상기와 같이 하위 화소가 동작하는 경우, 단위 화소는 보라색을 표시할 수 있다.
도 4(b)는 액체 미세 셔터가 열려 있는 적색 하위 화소에서, 배면광(1)을 변환하여 적색(2-1)을 표시하는 상태를 나타낸다. 도 4(c)는, 녹색 하위 화소의 액체 미세 셔터를 닫아, 녹색 변환 광 출사를 차단한 상태를 나타낸다.
한편, 미세 셔터 기능의 무극성 액체(41)는 흑색으로 구성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 무극성 액체(41)를 흑색으로 구성하였을 때, 변환광 차단 효율과 외광 반사 억제 효율을 더욱 높일 수 있기 때문이다.
또, 본 발명의 일실시예에 의할 때, 전체 화상 표시에 필요한 개별 하위 화소의 구동 신호에 따라 개별 하위 화소 별로 필요로 하는 계조(grey scale)에 맞게 구동 신호를 제어하여, 천연색(full color) 화상 표시가 가능한 투과형 화면 표시장치를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 액체 미세 셔터 표시장치의 반사 방식(reflective mode) 구동 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 액체 미세 셔터 표시장치는 배면광(1) 없이 외광(ambient light; 3)을 조명 광원으로 이용할 수 있다. 이렇게 반사형 동작을 하는 경우에도 천연색(full color) 표시가 가능하다. 도 5를 참조하면, 높은 휘도의 자연광 또는 실내 조명 광이 액체 미세 셔터 표시장치에 입사하면, 개별 하위 화소의 광변환 영역(21-1)과 액체 미세 셔터의 광 개구부가 광 경로를 따라 정렬되는 그림의 (a)와 같은 셔터 개방 상태(shutter open state)에서는 상기 광변환 영역(21-1)에 구비되는 색 변환 기능에 의하여 해당 하위 화소에 필요한 원색 파장 대역이 반사되어 색상을 표시할 수 있다. 한편, 액체 미세 셔터의 액체(41)에 의하여 외광(3)이 상기 광 변환영역(21-2)에 도달하는 것이 차단되는 도 4(b)와 같은 셔터 폐쇄 상태(shutter close state)에서는, 해당 하위 화소가 흑색으로 표현된다.
앞서 설명한 바와 같이, 화상을 구성하는데 필요한 개별 하위 화소별 영상 제어 신호에 의하여 각각의 액체 미세 셔터가 구동될 수 있다. 그리고 상기와 같은 구동에 의하여 사용자가 원하는 전체 화상이 표시될 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의할 때, 상기 도 4에서 설명한 투과형 동작과 상기 도 5에서 설명한 반사형 동작은 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의할 때, 본 발명에 의한 표시 장치는 공간해상도를 저해하지 않으면서 투과형 동작과 반사형 동작을 수행함으로써, 각각의 모드에 대해서 최대의 광 휘도를 달성할 수 있고, 다양한 사용환경 하에서도 시인성 및 가독성을 확보하도록 할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 표시 장치는,투과형과 반사형 동작을 최적화하여 능동적으로 조절할 수 있으므로, 전력 소모를 절감하고 언제 어디서나 선명한 화질을 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 액체 미세 셔터 표시장치의 화소 구성과 화소의 색상 표시 방식을 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 단위 화소는 적색, 녹색, 청색을 표현하는 각각의 하위 화소(sub-pixel) SP1, SP2, SP3로 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 미세 셔터 표시장치는 도 6과 같은 구성을 갖는 화소가 화면 영역에 2차원 매트릭스 형태로 배열되어 구성된다. 도 6을 참조하면, 적색, 녹색, 청색은 각각의 해당 원색에 대응하는 하위 화소를 셔터 개방 상태로 구동하여 표시하며, 흑색의 경우에는 모든 하위 화소를 셔터 폐쇄 상태로 유지하여 표현한다. 또, 백색의 경우에는 모든 하위 화소를 셔터 개방 상태로 구동하여 원색이 혼색되도록 하여 구현할 수 있다. 자연스러운 천연색을 표현하기 위해서는 상기 기본 원색 표현뿐만 아니라, 개별 원색의 계조(grey scale) 또는 휘도(brightness)를 표현할 수 있어야 한다. 이를 위하여 개별 하위 화소의 미세 셔터의 독립적인 구동에 의해 개별 하위 화소에 요구되는 화상 표시 색상의 계조 표현이 가능하다.
도 7은 아날로그 구동 방식에 의한 하위 화소별 액체 미세 셔터의 구동 방법을 나타낸다. 구동 전압(VS)에 의한 정전기력이 변화됨에 따라, 극성 투명 액체(400)와 제 1 투명 절연층(32), 무극성의 유색 액체(41)가 접하는 계면에서의 표면 장력(surface tension) 또는 표면 에너지(surface energy)가 변한다. 그리고 상기 두 종류의 액체(41, 400)와 고체(32)의 표면 장력이 균형을 이루는 제 1 투명 절연층(32) 표면 소정의 위치에서 상기 두 종류의 액체(41, 400)와 고체(32)의 계면이 형성된다. 한편, 구동 전압에 따라 변화되는 계면에 의해 액체 미세 셔터의 개구 영역(open area)이 결정된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의할 때, 구동 전압의 크기에 근거하여 액체 미세 셔터에 의한 광 경로 개구율을 제어할 수 있다. 그리고, 아날로그 구동 방식으로 상기 광변환부에서 출사되는 원색광의 광량을 조절함으로써 표시 장치의 계조(grey scale) 또는 휘도(brightness)를 제어할 수 있다.
도 7(a)는 하위 화소에 구동 전압(VS)을 인가하는 방식 및 구동 전압에 따른 미세 셔터의 개도(aperture area) 변화를 나타낸다. 도 7(b)는 구동 전압에 따른 미세 셔터의 개도(aperture area) 변화 양상을 개략적으로 나타낸다. VT는 액체 미세 셔터가 열리기 시작하는 문턱 전압(threshold voltage)을 나타내고, Vmax는 액체 미세 셔터의 최대 개도(Amax) 확보에 필요한 구동 전압을 나타내며, VDD는 화면 표시장치의 하부 패널(100)에 인가되는 전원 전압을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 구동 전압이 문턱 전압 이하일 때에는 액체 미세 셔터가 닫힌 상태이다. 구동 전압이 문턱 전압을 넘어서면서부터, 구동 전압에 따라 액체 미세 셔터가 개방되게 되고, 구동 전압이 Vmax 이상이 되면 액체 미세 셔터가 완전 개방된다.
다만, 상기와 같은 아날로그 구동 방식은 화상 표시에 있어서 화면 영역에서의 불균일 특성을 야기할 가능성이 있다. 이것은, 각 하위 화소 별로 다수 개 집적되는 미세 셔터(100) 개별 소자의 특성 편차와 상부패널(200)의 구동 전원의 화면 영역 전체에서의 불균일 특성 등에 의하여 발생한다. 따라서, 보다 용이하게 전체 화면 표시 영역 내에서 동일한 구동 특성을 확보할 수 있고, 간단한 구동 회로에 의해 구현할 수 있는 디지털 구동 방식의 구동 신호를 인가할 수 있다.
도 8은 셔터 구동을 위한 구동 전압(VS) 인가 파형의 일실시예를 나타낸 도면이다. 도 8(a)는 하위 화소의 액체 미세 셔터 폐쇄 상태와 개방 상태 및 각 상태별 구동 전압을 나타내고 있다. 도 8(b), (c)의 구동 파형은 미세 셔터(40)의 개방 상태 또는 폐쇄 상태의 두 상태를 시분할(time division)하여 다단계의 계조를 표현하는 디지털 구동에 사용된다.
도 8(b)는 N-bit의 계조(grey scale)로 표현되는 하위 화소의 원색을 최대 밝기로 표시하는 경우의 액체 미세 셔터 구동 전압 파형이고, 도 8(c)는 N-bit 계조 표현이 가능한 하위 화소의 원색을 임의의 계조(0과 (2N-1) 사이의 임의의 정수에 해당하는 계조)로 표현하는 경우의 액체 미세 셔터 구동 전압 파형이다.
도 8(b), (c)를 참조하면, 단위 영상 프레임의 주기를 Tf로 나타내었으며, 새로운 영상 프레임이 시작되어 소정의 시간 동안 개별 하위 화소에 해당하는 영상 신호를 구동 신호로 변환하고 미세 셔터(40)를 구동 대기 상태(standby state)로 초기화하는 등의 영상 프레임 별 초기화 구간을 Treset으로 나타냈다. 상기 영상 프레임 주기 Tf에서 프레임 초기화 구간 Treset을 뺀 시간 구간을 개별 하위 화소의 원색 계조 표현을 위해 할당할 수 있다. 상기 영상 계조 표현 구간 전체에서 셔터 폐쇄 상태일 경우에, 해당 하위 화소는 휘도 및 채도가 최소인 흑색을 표현할 수 있다. 계조 표현 구간 전체에서 셔터 개방 상태로 해당 하위 화소의 원색 광을 출사시키면 해당 하위 화소에서 표현 가능한 (2N-1) 단계의 가장 높은 채도의 원색을 표현할 수 있다. 할당된 계조 표현 구간(Tf - Treset)을 표현하고자 하는 최대 계조 단계(2N -1)로 나눈 시간 t0를 계조 표현을 위한 미세 셔터 단위 구동 펄스(driving pulse)의 최소 폭으로 한다. 상기 단위 구동 펄스 폭을 0과 (2N-1)사이의 정수 배만큼 한 구간 Topen동안 셔터 개방 구동 전압 VS(도 8의 예에서는 VDD)를 프레임 주기 내의 계조 표현 구간 안에서 소정의 구간에 할당하여 인가하고, 나머지 계조 표현 구간은 셔터 폐쇄 상태가 되도록 구동 전압을 유지하여 임의의 계조를 표현할 수 있다. 본 발명에 의한 미세 셔터 화면 표시장치의 개별 하위 화소 별 미세 셔터(40)의 영상 표시를 위한 구동 전기 신호는 하부패널(100)에 집적되어 구성되는 전극 배열 또는 박막 트랜지스터 회로에 의해 공급될 수 있다. 이 경우, 셔터 개방을 위한 구동 전압은 상기 상부 기판의 집적회로의 전원 전압(VDD)과 접지(ground; GND) 전위를 이용하여 용이하게 구현할 수 있다. 또, Ton은 화소 별 미세 셔터(100)가 개방 상태로 전환되는 시점을 의미하는데, Ton은 해당 계조가 시청자에게 가장 자연스럽게 인식되도록 영상 프레임 내에서 최적화하여 결정하는 것이 바람직하다. 또, 이러한 계조 표현은 사용자의 필요에 따라 다양하게 구현될 수 있다.
특히 본 발명에 의한 액체 미세 셔터 구조는, 미세 기계 구조물로 구현할 수 있는 기전(electromechanical) 방식의 미세 셔터와 비교하여, 더 높은 셔터의 개구율(open aperture ratio)을 용이하게 구현할 수 있으므로, 보다 밝고 선명한 영상을 표현할 수 있다.
도 3에서 설명했던 본 발명의 각 구성, 도 7, 8에서 설명했던 본 발명의 구동 신호 인가 방식을 결합하여 다음과 같이 개선된 화면 표시 장치를 제공할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시장치는, 공간해상도를 저해하지 않으면서 투과형 동작과 반사형 동작을 수행함으로써, 각각의 모드에 대해서 최대의 광 휘도를 달성할 수 있다. 또, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존 표시장치보다 향상된 광이용 효율을 가진 구성 및 사용자가 원하는 정확한 계도 및 휘도의 화상표현이 가능한 구성에 의하여 개선된 화상을 표시 장치에 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 보다 절감된 소모 전력으로 사용자가 원하는 밝기의 영상을 용이하게 표현할 수 있으며, 다양한 사용 환경에서도 시인성 및 가독성을 확보하도록 할 수 있다.
도 9는 본 발명에 의 미세 셔터 화면 표시장치를 휴대형 전자 기기에 적용한 사용 예를 나타낸 도면이다. 도 9(a)는 강한 외광 환경에서의 반사형 천연색 화면 표시 동작을 모식적으로 표현하였으며, 도 9(b)는 배면광에 의한 투과형 천연색 표시 동작을 예시하였다. 상기와 같이 외광 환경에 맞게 화면 표시 방식을 전환하는 것을 사용자가 선택하도록 구성할 수 있다. 또는, 표시장치가 외광을 검지하여 자동적으로 화면 표시 방식이 전환되도록 할 수도 있다.
도 10은 외광(3) 환경을 검지(sensing)하고 이에 근거하여 배면 광원(310)의 광 출력을 조절함으로써, 투과형과 반사형 동작의 화면 표시 기여 비율을 최적화하여 병행하도록 할 수 있는 수단을 미세 셔터 화면 표시장치와 조합한 구성을 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 환경 적응형(adaptive) 화면 표시 장치의 구성의 일례로, 외광의 조도 등을 검지하는 광 센서(photo sensor)(501), 상기 검지된 외광 조건을 판단하고 외광 환경에 맞게 배면 광원의 광 출력 수준을 결정하는 등의 최적화 조건을 산출하기 위한 논리 연산부(502), 결정된 최적 화면 표시 방식에 대응하여 배면 광원(310)의 광 출력을 조절하기 위한 광원 제어부(503) 등을 미세 셔터 화면 표시장치에 더 부가하여 구성할 수 있다. 이러한 투과형 및 반사형 동작의 최적화를 통하여 배면광(backlight) 소모 전력을 절감할 수 있다. 또한, 시청자에게는 외광 환경에 적합한 선명한 화질 및 높은 시인성을 제공할 수 있다.
1 : 배면광 2 : 원색광 3 : 외광
10 : 투명 하부 기판 12 : 평탄화층
20 : 광변환부 21 : 광 여기 발광부 22 : 색 필터
23 : 이색성 반사층 24 : 차광부
24-1 : 차광부 반사면
30 : 하부 투명 전극층 31 : 하부 투명 전극
32 : 제 1 투명 절연체층 33 : 제 2 투명 절연체층
40 : 액체 미세 셔터 41 : 절연성 유색 액체
42 : 화소 격벽 구조물
100 : 하부패널
200 : 상부패널 201 : 투명 상부 기판
202 : 상부 투명 전극층
300 : 배면 조광부 301 : 투명 소재 도광판
302 : 반사층
400 : 전도성 투명 액체
501 : 광 센서 502 : 논리 연산부 503 : 광원 제어부

Claims (17)

  1. 투명 상부기판과 전기 습윤 구동용 상부 투명 전극층을 포함하는 상부 패널;
    상기 상부 패널의 하면에 적층되는 하부 패널; 및
    배면광을 조사하는 배면 조광부을 포함하고,
    상기 하부 패널은,
    배면광을 하위 화소에 대응하는 원색으로 변환하는 기능 및 하위 화소에 대응하는 원색 대역의 외광을 반사시키는 기능을 수행하는 광변환부;
    상기 광변환부의 상부에 배치되고, 상기 광변환부에서 출사되는 광의 경로를 개폐하거나 개구 영역을 조절하는 액체 미세셔터;
    상기 액체 미세셔터와 상기 광변환부의의 사이에 배치되는 전기 습윤 구동용 하부 투명 전극층; 및
    광변환부 하부에 배치되는 투명 하부기판을 포함하며,
    상기 광변환부는,
    상기 배면광을 하위 화소에 대응하는 원색광으로 변환하는 형광 물질로 이루어진 광여기 발광부;
    배면광을 반사시키거나 외광을 차단하는 차광부;
    상기 광여기 발광부 하면에 배치되며, 상기 원색광은 반사시키고 변환되지 않은 배면광은 투과시키는 이색성 반사층; 및
    상기 광여기 발광부 상면에 배치되며, 하위 화소에 대응하는 원색 광을 투과시키는 하위 화소 별 색 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액체 미세 셔터는,
    캐비티가 형성되어 있는 격벽 구조물 및 상기 격벽 구조물내의 무극성 비전도성의 유색 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 하부 패널과 상기 상부 패널의 사이의 공간은 극성의 전도성 투명 액체를 포함하고,
    상기 하부 투명 전극층은 하부 투명 전극, 제 1 투명 절연체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 광변환부와 하부 투명 전극 및 제 1 투명 절연체층 사이에 제 2 투명 절연체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    전기 습윤 구동시, 상기 제 1 투명 절연체층 표면 소정의 위치에서 상기 유색 액체가 모여 개구 영역이 결정되는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 배면 조광부는,
    상기 투명 하부기판과의 접합면과 대향하는 면에 반사층을 구비하여 구성되는 도광판 요소; 및
    상기 도광판 요소에 배면광을 조사하는 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 반사층은 미세 요철 형상의 반사 패턴 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 액체 미세 셔터를 구동하기 위한 구동 신호를 공급하는 구동 회로를 상기 투명 하부기판에 설치하고, 상기 구동 회로의 표면에 평탄화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 하부 투명 전극층 및 상기 상부 투명 전극층에 구동 전압이 인가되는 경우에, 상기 구동 전압에 의하여 발생한 상기 하부 투명 전극층과 상기 상부 투명 전극층 사이의 전계에 의해 상기 액체 미세 셔터가 구동되는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 구동 전압은 아날로그 방식으로 인가되는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 구동 전압을 인가하기 위한 전압 인가 파형은 디지털 파형으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  14. 제 3항에 있어서,
    상기 극성의 전도성 투명 액체는 상기 하부패널의 광 출사면, 상기 상부패널의 광 입사면 각각과 굴절률 차이가 최소화되는 액체인 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  15. 제 7항에 있어서,
    외광 검지 센서; 및
    상기 외광 검지 센서의 측정 결과에 근거하여 상기 광원의 출사 광량을 조절하는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 광여기 발광부는 양자점(quantom dot) 및 나노 막대(nanorod) 중 적어도 하나를 포함하는 나노 입자로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 배면광이 상기 하위 화소에 대응하는 원색 광을 조사하는 경우, 상기 광여기 발광부를 생략하는 것을 특징으로 하는 액체 미세 셔터 표시장치.
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