KR20020059788A - 큰 개구를 가지는 전환 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증가된 개구를 가지는 전환 미러 디스플레이에 관한 것이다. 본 디스플레이는, 전환 가능 층(3)의 수소 함유량을 변화시켜 반사 상태와 흡수 상태 사이에서 전환되는, 전환 가능 층(3)을 구비하는 화소 소자(20)를 포함한다. DC 전압을 전기전도성 층(11, 13)에 인가하는 것은 수소 함유량을 변화시킨다. 이들 전기전도성 층(11, 13) 사이에는 상기 전환 가능 층(3)을 포함하는 적층부가 끼어 있으며, 이 적층부는 투명 기판(1) 위에 적층되어 있다. 디스플레이는 적층부가 적층되어 있는 기판의 면(24)으로부터 보인다. 화소 소자(20)는 활성 매트릭스 소자(22)에 의해 구동된다. 전환 가능 층(3)은 활성 매트릭스 소자(22)에 걸쳐 이어져 있으며 이 소자를 은폐한다. 이것은 디스플레이의 개구를 증가시킨다.

Description

큰 개구를 가지는 전환 디스플레이 디바이스{SWITCHING DISPLAY DEVICE HAVING A LARGE APERTURE}

US 5,905,590은 가돌리늄(gadolinium)이나 다른 3가 금속(trivalent metal)의 수산화물을 포함하는 전환 필름을 포함하는 전환 디바이스를 개시한다. 수소의 교환에 의해, 이 전환 필름은 투명 상태로부터 중간의 검은 흡수 상태를 경유하여 투과시키지 않는 미러 상태(mirror-like state)로 가역적으로 전환될 수 있다. 이 전환 필름은 투명 기판 위에 증착되어 있는 적층부에 포함되어 있다. 전환 필름에 패턴을 만들고 이 패턴 형성된 전환 필름에 투명 전극을 제공하여, 얇은 디스플레이가 제조될 수 있다. 이 디스플레이는 적층부가 적층되어지는 기판의 면에서 보인다.

이 디스플레이는 전환 수단에 의해 구동된다. 이 전환 수단은 화소 소자에포함되어 있으며 디스플레이의 개구 비(aperture ratio), 즉 디스플레이의 총 표면적에 대하여 전환에 유효한, 디스플레이 중 디스플레이 면적의 비를 결정한다.

본 발명은, 적어도 광을 반사하는 제 1 상태와 광을 흡수하는 제 2 상태 사이에서 가역적으로 전환 가능한 화소 소자와 가시 면을 구비하는 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 상기 화소 소자는 상기 회소 소자의 상기 제 1 상태로부터 제 2 상태로 전환을 야기하는 광학적으로 전환 가능한 재료의 전환 가능 층으로서 전기적 전환 수단에 의해 전환되어지는 전환 가능 층을 포함하는 적층부를 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 전환 미러 디스플레이의 적층부의 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 전환 미러 디스플레이의 화소 소자의 단면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 전환 미러 디스플레이의 적층부를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 전환 미러 디바이스의 화소 소자의 단면도.

본 발명의 목적은 증가된 개구 비를 가지는 전환 미러 디바이스를 제공하는 것이다. 이 목적을 위해, 본 발명은, 전기적 전환 수단이 디스플레이 디바이스의 가시 면(viewable side)에 대하여 광학적으로 전환 가능한 재료의 층 뒤에 배치되는 것을 특징으로 한다. 그리하여, 전기적 전환 수단은 더 이상 디스플레이의 개구 비를 결정하지 않으며, 그 결과 개구비가 상당히 증가된다.

본 발명의 유리한 실시예가 종속 항에 기술되어 있다.

본 발명의 이들 측면과 다른 측면은 이후 기술되는 실시예를 참조하여 명료해질 것이다.

전체적으로, 동일 참조 번호는 동일 소자를 나타낸다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 전환 미러 디바이스의 단면도를 도시한다. 이 층의 두께는 축척에 맞게 그려져 있지 않다. 이 디바이스는 투명 유리 판(1)을 포함하는데, 이 투명 유리 판 위에는 적층부가 진공 증착, 스퍼터링, 레이저 식각, 화학적 증기 증착, 또는 전기 도금과 같은 종래 방법에 의해 증착된다. 이 적층부는, 두께가 약 200㎚인 전환 필름으로서 LMgH_x(L은 Ni, Sc 또는 Y를 나타내거나 또는 원소 주기율 표의 란탄 계열 중의 한 원소를 나타낸다)의 층(3)과, 두께 약 5㎚의 팔라듐 층(5)과, 두께 0.1 내지 10㎛ 범위의 이온 전도성 전해질 층(7)과, 및 수소 저장 층(9)을 포함한다.

GdMgH_x는, 광학적 특성과 전환 시간에 관한 한, 가장 적합한 전환 재료이지만, 다른 3가 마그네슘 란탄족 합금도 또한 사용될 수 있다. 전환 필름(3)은 저 수소(x < ∼2) 혼합물(low-hydrogen composition)과 포화된 고 수소(x∼5) 혼합물(high-hydrogen composition) 사이에서 매질 수소 화합물(medium hydrogen composition)을 통해 가역적으로 전환될 수 있다. 여러 혼합물은 서로다른 광학적 특성을 가진다. 저 수소 함유량에서, 필름은 금속 특성을 가지며 투명하지 않다. 이 필름은 이때 미러 같이 반사한다. 고 수소 함유량에서, 이 필름(3)은 반도체가 되고 투명한 반면, 중간 수소 농도에서 전환 필름은 흡수한다.

팔라듐 층(5)은 수산화(hydriding) 또는 탈수산화(dehydriding) 속도를 증가시켜 그 결과 전환 속도를 증가시키는 기능을 한다. 백금이나 니켈과 같은 다른 전기 촉매 금속이나 합금이 사용될 수도 있다. 게다가, 이 금속 층은 전해질에 의한부식에 대해 기저 전환 필름(3)을 보호한다. 팔라듐 층(5)은 2와 25㎚ 사이의 범위에 있는 두께를 가질 수 있다. 하지만 필름의 두께가 전환 디바이스의 최대 투과율을 결정하기 때문에 2 내지 10㎚의 얇은 층이 바람직하다.

적절한 기능 동작을 위해, 수소 저장 층(9)과 수소 이온 전도 전해질 층(7)이 또한 필요하다. 우수한 수소 이온 전도체 전해질은 ZrO₂H_x이다. 이 전해질은 우수한 이온 전도체이어야 하지만, 이 전해질은 이 디바이스의 자체 방전을 방지하기 위하여 전자에 대해서는 절연체이어야 한다. 이 디바이스를 간단하게 하기 위해 사용은 투명 고체 상태 전해질로 이루지는 것이 가장 바람직하며; 이 전해질은 밀봉 문제(sealing problems)를 방지하며, 그리고 이 디바이스는 취급하기에 더 용이하다.

전환 미러의 투명 상태가 요구된다면, 저장 층을 위한 우수한 후보 재료는 WO₃이다.

적층부는 예를 들어 인듐-주석 산화물(ITO : indium-tin oxide)의 두 개의 투명 전기전도성 전극 층(11, 13) 사이에 끼어있다. 전극 층(11,13)은 외부 전류 소스(도시되지 않음)에 연결된다. 추가적으로, 예컨대 ZrO₂H_y를 포함하는 적층부로 가스가 침투하는 것을 방지하기 위한 장벽 층이 층(9)의 상부에 제공될 수 있다. 이 층은 도면에 도시되어 있지 않다.

DC 전류를 인가함으로써, 저 수소의 미러 같은 혼합물은 투명하고 중성 회색인 고 수소의 혼합물로 변경된다. 이 디바이스는 이제 도 1a에 대시 라인으로 도시되어 있는 바와 같이 투명 창으로 작용한다. 전류를 역전시킬 때, 전환 필름(3)은 저 수소 상태로 복귀하며, 이 상태는 도 1b에 도시된 바와 같이, 미러 같으며 비투명하다. 이 전환 시간은 종래의 전기크로믹 디바이스(electrochromic device)의 전환 시간에 필적한다. 이 디바이스는 실온에서 동작할 수 있다. 일단 이 미러가 원하는 광학적 상태에 도달하면, 수소는 이 디바이스를 통해 거의 흐르지 않는다. 이것은 이 디바이스가 매우 낮은 전력으로 정보를 보유할 수 있음을 의미한다.

종래 기술에 따른 전환 미러 디바이스의 문제점은 화소 소자(20)의 가시 면(viewable side)(24)에서 즉 디스플레이가 보이는 면에서, 소위 활성 매트릭스의 소자(22)가 도 2에 도시된 바와 같이 볼 수 있다는 것이다. 이 활성 매트릭스(박막 트랜지스터, 행, 열, 저장 커패시터, 등)는 화소 소자를 전환시키는데 필요한 전기 소자를 포함한다. 이 활성 매트릭스는 화소 소자에 또한 포함되어 있는 매립 층(26)에 매립(embedded)된다. 이 활성 매트릭스는 전극 층(11, 13)에 전기적으로 연결된다. 절연 층(28)은 적층부의 층으로부터 활성 매트릭스 소자(22)를 절연시킨다.

종래 기술에 따른 구성에서, 활성 매트릭스가 차지하는 표면 영역은 광학적 활성 층(3)으로 사용될 수 없다. 이것은 이 디바이스가 가시 면(24)으로부터 보이는 경우 이 디바이스의 개구(aperture)를 줄여준다. 특히, 구동 회로가 비교적 복잡할 때, 그리고 트랜지스터가 전환 미러 디스플레이를 충전하는데 필요한 고 전류를 취급하기 위하여 비교적 크게 제조되는 것이 바람직하기 때문에, 이 개구는 비교적 작다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 전환 미러 디스플레이의 적층부를 도시한다. 이 경우에, 이 디바이스는 적층부가 증착되어 있는 기판의 면(24)으로부터 보인다. 전환 층(3)을 포함하는 적층부의 순서는 역전되어 있다. 이것은, 기판의 표면에서부터 시작하는 순서로, 이 적층부가 수소를 저장하기 위한 제 1 층(9), 수소를 전도시키기 위한 제 2 층(7), 및 전환 가능 층(3)을 포함하는 것을 의미한다.

이 적층부는 전기전도성 전극 층(11, 13) 사이에 끼어있다. 광학적으로 전환 가능한 재료(3)는 수소의 밀도를 변화시켜 반사광 상태에서 흡수광 상태로 전환된다. DC 전압을 전기 전도성 층에 인가하는 것은 수소 밀도를 변화시킨다.

제 2 층이 예컨대 ZrO₂H_x인 전해질 재료를 포함하고, 상기 제 2 층(7)과 상기 전환 가능 층(3) 사이에 분리 층(5)이 존재하며, 그리고 제 1 층(9)이 GdMgH_x를 포함하는 적층부를 통해 우수한 결과가 얻어졌다.

도 4는 본 발명에 따른 화소 소자(20)의 단면도를 도시한다. 적층부의 적층 순서는 (도 3a와 도 3b에 보다 상세하게 도시되어 있는 바와 같이) 역전되어 있으며 전환 층(3)은 활성 매트릭스 소자(22)에 걸쳐 이어져 있다. 전기적 전환 수단은 이리하여 이 디스플레이 디바이스의 가시 면(24)에 대하여 광학적 전환 재료의 층 뒤에 배치되어 있다. 전환 층이 반사 상태로부터 흡수 상태로 전환될 때와 그리고 그 역으로 전환될 때, 활성 매트릭스 소자(22)는 보이지 않는다. 활성 매트릭스 소자는 더 이상 개구를 결정하지 않으며, 결과적으로 이 개구는 증가된다.

이 전환 층(3)은 기판과 전환 층 사이에 놓여 있는 전도 층(13)을 또한은폐(conceal)시킨다. 그러므로, 전도 층(13)은 투명할 필요가 없으며 전도성을 향상시키는 금속을 포함할 수도 있다.

본 발명의 범위 내에서, 전극 층(13)이 반사형 금속을 포함하는 반면, 전환 층이 투과 상태에서 흡수 상태로 전환되는 경우에는 동일한 효과가 얻어진다. 금속 전극 층의 반사율로 인해, 디스플레이는 여전히 반사 상태에서 흡수 상태로 전환한다. 적층부의 총 두께가 1㎛보다 더 작기 때문에, 시차 에러(parallax error)로 인한 문제는 존재하지 않게 된다.

만약 전환 층과 기판 사이의 층이 광 흡수 재료를 포함하는 반면, 전환 미러는 반사 상태와 투명 상태 사이에서 전환되는 경우에도 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 이들 층의 흡수 특성으로 인해, 디스플레이는 반사 상태로부터 흡수 상태로 효과적으로 전환된다. 흡수 층은, 예컨대 전해질 층(7)이 결함(defect) 있는 CaF를 포함하고, 저장 층(9)이 흡수성 수산화물(absorbing hydride)을 포함하며, 그리고 전극(13)이 Cr/CrO_x와 같은 흡수성 재료를 포함할 때에 얻어질 수 있다.

전환 미러의 투명 상태가 요구되지 않기 때문에, 두 번째 LMgH_x층은 저장 층으로 사용될 수 있다(L은 Ni 또는 Y를 나타내거나, 란탄 계열의 원소를 나타낸다). 이리하여, 수소 저장 층은 전환 가능 층과 동일한 화합물을 본질적으로 포함하지만, 여기서 이 층 내에 여러 화합물이 있는 상호 비율은 전환 가능 층 내의 상호 비율과 다를 수 있다.

그 결과 이것은 대칭 디바이스가 되며, 이것은 이 디바이스가 더 얇게 될 수있는 이점을 가진다. 더구나, 반사 상태와 흡수 상태 사이를 전환하는데에, 더 적은 전하(수소 이온)가 전달될 필요가 있으며, 즉 더 적은 전류가 전환에 필요하다. 100㎚의 얇은 Gd₄₀Mg₆₀-수산화물 층에 대해, 전형적으로 약 0.1C/㎠의 전하가, 투명 상태와 반사 상태 사이를 전환하기 위하여 하나의 층으로부터 다른 층으로 모든 수소를 전달하는데 요구된다. 반사 상태와 흡수 상태 사이만을 전환하는데, (약 0.05C/㎠를 필요로 하는) 더 적은 수소가 전달됨에 틀림없다.

대칭 디바이스는 반사 상태와 흡수 상태 사이를 전환하는 것만이 필요로 하는 응용에 사용될 수 있다. 이 디스플레이 디바이스의 가시 면(24)에 산란 호일(scattering foil)이 제공되면, 이 디스플레이의 콘트라스트는 향상된다. 이 호일의 존재로 인해, 반사 상태의 전환 미러 화소는 희게 보이는 반면, 흡수 상태의 전환 미러 화소는 검게 보이게 된다. 이러한 타입의 디스플레이는 예컨대 문서 판독기(document leader)로 사용될 수 있다. 컬러 필터와 결합된, 이 원리는 풀-컬러 문서 판독기(full-color document reader)를 양산할 수 있게 한다.

대안적으로 반사 층의 표면은 희거나 검게 보이는 반사 상태를 제공하도록 원하는 산란 반사를 만들기 위해 고의적으로 울퉁불퉁하게(roughened) 제작될 수 있다.

요약하면, 본 발명은 증가된 개구를 가지는 전환 미러 디스플레이에 관한 것이다. 본 디스플레이는 전환 가능 층의 수소 함유량을 변화시켜 반사 상태와 흡수 상태 사이에서 전환되는 전환 가능 층을 가지는 화소 소자를 포함한다. DC 전압을 전기전도성 층에 인가하는 것은 수소 함유량을 변화시킨다. 이들 전기전도성 층 사이에는 전환 가능 층을 포함하는 적층부가 끼어 있으며, 이 적층부는 투명 기판 위에 적층되어 있다. 이 디스플레이는 이 적층부가 적층되어 있는 기판 면에서 보인다. 화소 소자는 활성 매트릭스 소자에 의해 구동된다. 전환 가능 층은 활성 매트릭스 소자에 걸쳐 이어져 있으며 이 소자를 은폐한다. 이것은 디스플레이의 개구를 증가시킨다.

위에 언급된 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예시하는 것이라는 것과 이 기술 분야에 숙련된 사람이라면 첨부된 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 대안적인 실시예를 많이 설계할 수 있을 것이라는 것을 유의하여야 할 것이다. 청구범위에서, 괄호 안에 있는 임의의 참조 부호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 아니된다. "포함하는"이라는 동사와 그 동사 활용형(conjugates)의 사용은 청구항에 언급된 것이 아닌 다른 요소나 단계의 존재를 배제하지 않는 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명은, 적어도 반사광의 제 1 상태와 흡수광의 제 2 상태 사이에서 가역적으로 전환 가능한 광 전환 디바이스에 이용 가능하다.

Claims (5)

1. 적어도 광을 반사하는 제 1 상태와 광을 흡수하는 제 2 상태 사이에서 가역적으로 전환 가능한 화소 소자(pixel elements)(20)와 가시 면(viewable side)(24)을 구비하는 디스플레이 디바이스로서, 상기 화소 소자는,

   상기 화소 소자의 상기 제 1 상태로부터 상기 제 2 상태로 전환을 야기하는 광학적으로 전환가능한 재료의 전환 가능 층(3)과, 상기 디스플레이 디바이스의 상기 가시 면에 대하여 상기 전환 가능 층(3) 뒤에 배치되며, 상기 전환가능 층(3)을 전환시키기 위한 전기적 전환 수단(22)을 포함하는 적층부를

   포함하는, 디스플레이 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 적층부는 기판(1)의 표면 위에 적층되며, 상기 적층부는, 상기 기판(1)의 표면에서 시작하는 순서로, 수소를 저장하기 위한 제 1 층(9), 수소를 전도시키기 위한 제 2 층(7), 및 상기 전환 가능 층(3)을 포함하며, 상기 광학적으로 전환 가능한 재료는 수소 밀도를 변화시켜서 전환되는, 디스플레이 디바이스.
3. 재 2 항에 있어서, 상기 전환가능 층(3)은 LMgH_x를 포함하며, 여기서 L은 Ni, Sc, 또는 Y를 나타내거나 란탄 계열의 원소를 나타내며, 상기 수소를 저장하기 위한 제 1 층(9)은 상기 전환가능 층(3)과 본질적으로 동일한 화합물을 포함하는재료를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 디스플레이의 상기 가시 면(24)에는 산란 호일(scattering foil)이 제공되는, 디스플레이 디바이스.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 전환가능 층(3)의 표면은 광을 산란시키기 위하여 울퉁불퉁하게 되어 있는, 디스플레이 디바이스.