KR20060106816A - 스위칭 가능한 반투과판과 반투과성 디스플레이 - Google Patents

Abstract

스위칭 가능한 반투과판(1)은 부유 입자 디바이스(SPD)를 포함한다. 이러한 반투과판(1)은 하나 이상의 전계를 입자 부유물(2)에 인가함으로써 투과 상태, 반사 상태 또는 중간 상태로 스위칭될 수 있다. 강화된 반사 상태는 2개의 서로 직교하는 전계를 동시에 인가함으로써 달성될 수 있다. 포화되지 않은 전계를 인가하거나 타이밍 구조에 따라 번갈아 가며 2개 이상의 전계를 인가함으로써, 중간 상태가 달성될 수 있다. 반투과판(1)은 SPD(1)와 연관된 이완 시간보다 적은 간격으로 전압 펄스를 인가함으로써, 주어진 상태로 유지될 수 있다. 반투과판(1)의 투과 특성과 반사 특성은 광 센서(14)의 출력에 따라 조정될 수 있다. 반투과판(1)은 LCD(16)와 같은 디스플레이 디바이스를 포함하는 반투과성 디스플레이(15) 내에 통합될 수 있다. LCD(16)를 조명하기 위해, 반투과판(1)은 광원(17)에 의해 방출된 광(20)을 투과시키는 것 및/또는 주변 광(21)을 반사시키는 것을 행하도록 배치된다. 투과된 조명과 반사된 조명의 상대적인 비율은, 광 센서(14)의 출력에 의해 결정될 수 있다.

Description

스위칭 가능한 반투과판과 반투과성 디스플레이{SWITCHABLE TRANSFLECTOR AND TRANSFLECTIVE DISPLAY}

본 발명은 부유 입자 디바이스를 포함하는 반투과판과 그러한 반투과판을 포함하는 반투과성 디스플레이에 관한 것이다.

종래의 반투과성 디스플레이는, 광원과 함께 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 디바이스를 포함한다. 반투과판은 디스플레이 디바이스와 광원 사이에 위치한다. 이러한 반투과판은 광원에 의해 방출된 광을 투과시키고 주변 광을 반사하도록 배치된다. 이러한 디스플레이 디바이스를 위한 조명은 광원에 의해, 그리고 반투과판에 의해 반사된 주변 광으로부터 제공될 수 있다. 반사된 조명의 사용은 광원에 대한 의존도를 줄이고, 따라서 디스플레이의 전력 소모를 줄인다.

반투과판은 고정된 분율(fraction)의 입사광을 동시에 투과하고 반사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, EP-A-1102091은 투명한 막 상에 증착된 은이나 알루미늄과 같은 금속의 층을 포함하는 반투과판을 개시한다. 그것의 반사도는 사용된 금속의 유형에 의존하는데 반해, 그것의 투과도는 금속 층의 두께에 의해 결정된다. 다층 반투과판이 EP-A-1219410에 설명되고, 이러한 다층 반투과판은 충전제(filler) 및/또는 미세한 분말로 대전된 수지(resinous) 층을 포함한다. 이 경우, 투과도는 충전제나 분말의 농도에 의존한다.

고정된 투과성 및 반사성을 가지는 반투과판은 디스플레이 응용에 있어 이상적인 것이 아닌데, 이는 광원으로부터의 광의 상당한 분율이 항상 손실되기 때문이다. 예를 들어, EP-A-1219410에 설명된 다층 반투과판은 20%와 60% 사이의 투과도를 가진다. 이 경우, 광원에 의해 방출된 광의 80%까지, 따라서 LCD에 공급된 상당한 비율의 전력이 낭비된다. 게다가, 반투과판의 광학 특성은 주변 상태에 응답하여 바뀔 수 없다. 예를 들어, 밝은 환경에서 디스플레이가 동작하는 경우, 반사된 광을 더 많이 사용하기 위해 반사도가 증가될 수 없다.

스위칭 가능한 반투과판은 광이 선택적으로 투과되거나 반사되는 것을 허용한다. 그러한 반투과판의 예는 WO-A-02/071131, US-A-2002/0036955 및 WO-A-00/63745에 개시되어 있다. 이들 종래 기술의 반투과판은, 전계의 인가나 화학 작용제의 존재에 응답하여 광학 특성을 변경하는 금속 하이드리드(hydride) 셀 또는 중합체 분산된 액정(PLDC) 물질이나 전기변색(electrochromic) 물질을 포함한다. WO-A-02/29484는 전기화학 디바이스나 콜레스테릭(cholesteric) 액정 반사기를 포함하는 조정 가능한 반투과판을 구비한 디스플레이를 개시하고, 이 경우 투과성 및 반사성은 주변 상태에 따라 조정 가능하다.

하지만, 스위치 가능한 시스템에서조차도, 디스플레이의 전력 소모는 상당할 수 있는데, 특히 금속 하이드리드 셀이나 전기변색 반투과판이 사용될 때 그러하다. 또한 PDLC와 콜레스테릭 반투과판으로 달성될 수 있는 투과도는 너무 낮아, 적당한 밝기의 디스플레이 이미지를 제공하지 못할 수 있다. 게다가, 금속 하이드리 드 셀은 비교적 제한된 수명을 가질 수 있다.

본 발명의 제 1 양상에 따르면, 반투과판은 부유 입자 디바이스를 포함한다.

이러한 반투과판은 하나 이상의 전계를 부유 입자 디바이스 내의 입자 부유물에 인가하도록 구성될 수 있다. 전계는 입자 부유물 내의 입자의 정렬을 제어하고, 이는 반투과판의 투과성 및 반사성을 결정한다. 하나 이상의 전계가 간헐적으로 또는 연속해서 인가될 수 있다.

반투과판은 서로 직교하는 전계 방향을 가지는 2개의 전계가 입자 부유물에 인가될 수 있도록 구성된다. 이는 입자 부유물의 포화 전위 이상인 하나 이상의 전계를 인가함으로써, 투과성이 높은 상태 및/또는 반사성이 높은 상태로 반투과판이 스위칭되는 것을 허용한다. 입자 부유물의 포화 전위는, 입자 부유물에 인가될 때, 실질적으로 균일한 입자 정렬을 초래하는 최소 전위로서 한정되고, 이 경우 입자는 전계에 평행하게 정렬된다. 반투과판은, 입자 부유물을 부분적으로 에워싸는 표면에 거슬러 입자를 끌어당기기 위해, 양 전계가 동시에 인가될 수 있도록 또한 배치될 수 있다. 이러한 상태에서, 반투과판은 특히 높은 반사성을 가진다.

선택적으로, 부유 입자 디바이스는 투과성이 높은 상태와 반사성이 높은 상태와 연관된 것에 중간인 값으로 입자 부유물의 투과성 및 반사성의 조정을 허용하도록 구성될 수 있다. 그러한 중간값, 또는 "그레이" 값은 비포화 전계를 인가하거나 적합한 구동 구조에 따라 2개 이상의 전계를 간헐적으로 인가함으로써 달성될 수 있다.

반투과판은 그것의 투과성 및 반사성이 연관된 광 센서로부터의 출력에 따라 조정되도록 또한 구성될 수 있다. 예를 들어, 반투과판이 디스플레이 디바이스의 조명 제공에 사용되는 경우, 반투과판은 주변 광 레벨이 미리 결정된 임계값을 초과할 때 반사 상태로 스위칭될 수 있어, 디스플레이 디바이스는 반사된 광을 사용하여 조명된다. 광 센서로부터의 출력이, 주변 광 레벨이 임계치 아래에 있음을 표시하면, 반투과판은 디스플레이 디바이스가 연관된 광원에 의해 백라이팅되는 것을 허용하기 위해, 반투과성 상태로 스위칭될 수 있다.

본 발명의 제 2 양상에 따르면, 반투과성 디스플레이는 디스플레이 디바이스와 반투과판을 포함하고, 이 경우 상기 반투과판은 부유 입자 디바이스이다.

반투과성 디스플레이는, 반투과판이 투과 상태에 있을 때, 디스플레이 디바이스가 반투과판을 통과한 광원으로부터 나오는 광에 의해 백라이팅될 수 있도록 배치된다. 반투과판이 반사성 상태에 있을 때, 디스플레이 디바이스는 반투과판에 의해 반사된 주변 광을 사용하여 조명될 수 있다. 반사된 광의 사용은, 유사한 상태에서 사용된 종래 기술의 장치에 비해, 디스플레이가 사용될 때 광원에 대한 의존성을 감소시킬 수 있다. 이는 또한 디스플레이의 전력 소모를 감소시키게 된다. 이는 디스플레이가 휴대 가능한 및/또는 핸드헬드 장비에 통합되고, 제한된 전력 공급만이 이용 가능할 때 특히 유리할 수 있다.

반투과성 디스플레이에서 사용하기에 적합한 디스플레이 디바이스는, 액정 디바이스, 전기영동 디스플레이, 전기변색 디스플레이, 전기습식(electro-wetting) 디스플레이 및 미소전기-기계 시스템(MEMS: micro-electro-mechanical system) 디스플레이와 같은 미소기계 디스플레이를 포함한다.

선택적으로, 반투과성 디스플레이는 또한 반투과판이 반사성 상태에 있을 때 동작을 개선하기 위해 1/4파장 판을 포함할 수 있다. 1/4파장 판은 부유 입자 디바이스와 광원 사이에, 부유 입자 디바이스와 디스플레이 디바이스 사이에 또는 디스플레이 디바이스와 관찰자의 잠재적인 위치 사이에 위치할 수 있다.

부유 입자 디바이스는 입자 부유물의 투과도 및 반사율이 디스플레이 응용 및/또는 주변 광 상태에 따라 조정될 수 있도록 구성될 수 있다. 주변 광 레벨에 따라 반투과판의 조정을 허용하기 위해, 반투과성 디스플레이는 광 센서를 또한 포함할 수 있다.

본 발명의 제 3 양상에 따르면, 반투과판을 동작하는 방법은 입자 부유물 내의 입자의 정렬을 제어함으로써, 반투과판의 투과 특성과 반사 특성을 조정하는 단계를 포함한다.

반투과판의 조정 단계는 반투과판의 부근에 있는 주변 광 레벨을 검출하는 단계를 더 포함하여, 반투과판의 광학 특성이 그에 따라 조정될 수 있다.

반투과판은 하나 이상의 전계, 예를 들어 서로 직교하는 방위(orientation)를 가진 2개의 전계를 입자 부유물에 인가함으로써 조정될 수 있다. 하나 이상의 전계는 간헐적으로 인가될 수 있다.

반투과판을 조정하는 단계는, 반투과판을 투과 또는 반사 상태 중 하나로 스위칭하는 단계 또는 부유 입자 디바이스의 투과도 및 반사율을 달성 가능한 투과 및 반사 범위 내의 중간값으로 각각 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 이미지를 디스플레이하는 방법은 디스플레이 디바이스 상에 이미지를 디스플레이하는 단계와, 디스플레이 디바이스를 위한 조명을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 조명을 제공하는 단계는 입자 부유물 내의 입자의 정렬을 제어함으로써, 반투과판의 투과 특성과 반사 특성을 조정하는 단계를 포함한다.

디스플레이 디바이스의 조명을 제공하는 단계는 또한 광원을 동작하는 단계를 포함할 수 있다.

이러한 방법은 디스플레이 디바이스 부근에서 주변 광의 레벨을 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 반투과판의 특성은 광원으로부터의 출력 신호에 따라 조정될 수 있다.

이제, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 예로써 설명한다.

도 1 내지 도 4는 다양한 상이한 상태에 있는 부유 입자 디바이스를 도시하는 도면.

도 5는 전계의 제거 후 입자 부유물에서의 투과 특성의 감소를 보여주는 실험 데이터의 그래프.

도 6은 투과 상태에 있는 본 발명에 따른 반투과성 디스플레이의 개략도.

도 7은 반사 상태에 있는 도 5의 반투과성 디스플레이를 도시하는 개략도.

도 8은 중간 상태에 있는 도 5의 반투과성 디스플레이를 도시하는 개략도.

도 9는 다양한 파장의 광에 관한 부유 입자 디바이스 반투과판의 투과도 값 과 반사율 값의 범위를 보여주는 그래프.

도 1은 입자 부유물(2)을 포함하는 반투과성 디스플레이에서 사용하기 위한 부유 입자 디바이스(SPD)(1)를 도시한다. 입자 부유물(2)은 절연 유체에서 부유하는 복수의 비등축성(anisometric) 반사 입자를 포함한다. 적합한 반사 입자의 예에는 은, 알루미늄이나 크롬의 작은 판(platelet)과 같은 금속 입자, 운모 입자나 무기 티타늄 화합물의 입자가 포함된다. 전형적인 입자 크기는 길이와 폭이 10㎛이고, 두께가 30㎚이다. 하지만, 입자 길이와 폭에 관한 적합한 크기는 1㎛ 내지 50㎛의 범위를 가지고 두께는 5㎚ 내지 300㎚의 범위를 가진다. 부유 유체는, 예를 들어 입자의 브라운 운동을 허용하지만 침전을 방지하는 점성도를 가진 부틸아세테이트나 액체 유기실록산(organosiloxane) 중합체가 될 수 있다.

부유물은 이 예의 경우 유리로 만들어지는 투명판(3)과 실리콘 산화물(SiO₂)로 만들어진 절연 기판(4) 사이에 끼워져 있다. 판(3)과 기판(4)은 CVD나 스퍼터링 공정을 사용하여 증착될 수 있는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 전도성 물질(5, 6)의 층으로 코팅된다. 이 예에서는, 판(3)과 기판(4)이 약 700㎛의 두께를 가진다.

판(3)과 기판(4) 사이의 일정한 간극을 유지하기 위해 스페이서(7a, 7b)가 제공된다. 비록 SPD(1)의 원하는 구성에 따라, 20㎛ 내지 800㎛의 범위 내에 있는 간극이 적합할 수 있지만, 이 예에서 판(3)과 기판(4) 사이의 간극은 200㎛이다. 이러한 특별한 실시예에서, 스페이서(7a, 7b)는 또한 각각 ITO 층(8, 9)으로 코팅 되고, 얇은 SiO₂ 패시베이션 층(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 유리판(3)과 기판(4) 상의 ITO 층(5, 6)으로부터 격리된다.

판(3)과 기판(4)은 각각의 ITO 층(5, 6)과 입자 부유물(2) 사이에 형성되는 전위 강하를 방지하기 위해, 패시베이션 층(10a 내지 10d)에 의해 전부 덮이지는 않는다.

ITO 층(5, 6, 8, 9)은 하나 이상의 전계를 입자 부유물(2)에 인가하기 위해 사용될 수 있는 전극을 형성한다. 비록, 전위 강하가 각각의 ITO 층(5, 6)과 ITO 층(8, 9) 사이의 패시베이션 층(10a 내지 10d)에 걸쳐 존재하지만, 이는 전압을 입자 부유물(2)에 인가할 때 및/또는 SPD(1)를 위한 구동 구조를 구성할 때 고려된다.

부유 입자 디바이스(1)는 제 1 전압(V1)을 전극(5, 6)에 인가하고 제 1 스위치(11)를 포함하는 제 1 회로와, 제 2 전압(V2)을 전극(8, 9)에 인가하고 제 2 스위치(12)를 포함하는 회로를 포함한다. 부유 입자 디바이스(1)는 제어 유닛(13)에 연결된다. 제어 유닛(13)은 광 다이오드와 같은 광 센서(14)로부터 데이터를 수신하고, 이러한 광 센서(14)는 부유 입자 디바이스(1)의 부근에서 주변 광의 레벨을 검출한다. 제어 유닛(13)은 광 센서(14)로부터의 데이터에 기초하여 입자 부유물(2)에 관한 원하는 반사율 또는 투과도 상태를 결정하고, 필요할 때 적합한 전압(V1, V2)을 인가한다.

도 1은 아무런 전계도 인가되지 않을 때의 SPD(1)를 도시한다. 입자는 브라 운 운동으로 인해 고정되지 않은 임의의 정렬을 가진다. 입자 부유물(2)은 입자 농도에 따라 절반 정도만 불투명(semi-opaque)하거나 불투명하다. 그러므로 입자 부유물(2)은 오직 소량의 임의의 입사광만을 투과시킨다.

도 2는 입자 부유물(2)의 포화 전위를 초과하는 제 1 전압(V1)이 제어 유닛(13)에 의해 전극(5, 6)에 인가될 때의 SPD(1)를 도시한다. 비록 DC 전계를 사용하여 동일한 효과가 달성될 수 있을지라도, 이 예에서 V1은 AC 전계이다. 그 결과 전계는 입자에 쌍극자를 유도한다. 입자는 에너지를 최소화하기 위해 전계 라인에 평행하게 되도록, 실질적으로 균일하게 스스로 정렬된다. 이는 입자 부유물(2)의 투과를 증가시켜, 증가된 양의 입사광이 투과된다.

도 3에서는 입자 부유물(2)의 포화 전위 이상인 제 2 전압(V2)이 ITO 층(8, 9)에 인가된다. 비록 DC 전압이 대신 사용될 수 있을지라도, 이 예에서 V2는 AC 전압이다. 전술한 바와 같이, 반사 입자는 스스로 정렬하는 경향이 있어, 전계에 평행하게 되고, 이는 입자 부유물(2)의 반사를 증가시킨다. 유리판(3)을 통과하는 높은 비율의 광은 입자에 의해 반사된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전극(5, 6)으로 제 1 전압(V1)이, 전극(8, 9)으로 제 2 전압(V2)이 동시에 인가될 수 있다. 그 결과 전계는 반사 입자가 판(3) 쪽으로 끌어당겨지게 하고, 이는 입자 부유물(2)에 특별히 높은 반사를 부여한다. 이 에에서, 제 1 전압(V1)은 DC 전압이고, 제 2 전압(V2)은 AC 전압이지만, 제 2 전압(V2)이 DC 전압인 경우에도 유사한 효과가 달성될 수 있다. 양 전압(V1, V2)은 포화 전위 이상이다. 입자가 기판(4) 쪽으로 끌어 당겨지게 전압(V1, V2)을 인가함으 로써, 유사한 강화된 반사 상태가 또한 얻어질 수 있다.

이러한 식으로, 입자 부유물(2)의 광학 특성이 전압(V1, V2)을 인가함으로써 제어될 수 있다. 전압(V1, V2)은 도 2 내지 도 4에 도시된 것에 중간인 값으로 입자 부유물(2)의 투과도 및 반사율을 조정하도록 변할 수 있다. 예를 들어, 중간값은 입자 부유물(2)의 포화 전위 미만인 적합한 전압(V1 또는 V2)을 인가함으로써 달성될 수 있다. 그 결과 입자 부유물(2)에서의 입자의 정렬은 전극(5, 6)에 대해 평행하지도 않고 직교하지도 않다. 대안적으로, 중간값은 일련의 교번(alternate) 펄스로서 전압(V1, V2)을 인가함으로써 달성될 수 있다. 이후 입자 정렬은 2개 이상의 상태 사이에서 계속해서 스위칭될 수 있다. 이러한 경우 달성된 중간값은, 전압(V1, V2)을 인가하는데 사용된 구동 구조에 따라, 이들 상태에서의 입자의 정렬과 각 상태에서 입자가 보낸 상대적인 시간 길이에 의존한다.

대응하는 스위치(11, 12)를 개방함으로써, 인가된 전압(V1, V2)이 스위칭 오프되면, 입자는 자유롭게 브라운 운동을 겪게 되고, 점차로 도 1에 도시된 상태로 되돌아가 입자의 정렬이 시간이 지남에 따라 불규칙적이 되고 변하게 된다. 입자가 이러한 상태로 되돌아가는데 요구되는 시간 기간은 상당할 수 있다. 이후부터, 이러한 시간 기간을 이완 시간(relaxation time)이라고 부른다.

도 5는 알루미늄 작은 판의 부유물의 투과도를 보여주는 실험 데이터의 그래프이다. 시각 t=100초에서, 전압(V1)이 도 2에 도시된 바와 같이 인가되어, 입자 부유물이 투과되게 한다. 이 그래프는 입자가 약 60초의 시간 기간 내의 인가된 전압에 응답하여 재정렬되는 것을 보여준다. 이러한 시간 기간을 이후 반응 시간이라 고 부른다.

시각 t=1100초에서, 전압은 스위칭 오프된다. 이 그래프는 약 1000초의 시간 기간이 경과한 후, 최대값의 약 25%까지 투과도가 감소하는 것을 보여준다.

도 5로부터 파생된 반응 시간과 이완 시간에 관한 값은 단지 예에 불과하다는 점이 주목되어야 한다. 주어진 입자 부유물에 관한 반응 시간과 이완 시간은 입자와 부유물 유체의 특성, 입자 부유물의 부피, 인가된 전압 및/또는 전압을 인가하기 위해 사용된 구동 구조에 의존하게 된다.

이완 시간은 반응 시간에 비해 비교적 길고 다음과 같이 이용될 수 있다. 주어진 투과 상태 또는 반사 상태로 입자 부유물(2)을 유지하기 위해서, 하나 이상의 적절한 전압(V1, V2)이 일련의 펄스로서 간헐적으로 인가될 수 있다. 예를 들어, 전압(V1)은 초기에 반응 시간에 대응하는 짧은 시간 기간(t1) 동안 인가될 수 있어, 입자는 도 2에 도시된 바와 같이 정렬된다. 도 5의 예에서, 반응 시간은 대략 60초이다. 전압(V1)은 이후 스위칭 오프되어, 균일한 입자 정렬과 그로 인한 투과도가 감소하기 시작한다. 미리 결정된 시간 간격(t2) 후에, 입자 부유물(2)의 투과도가 상당히 감소하기 전에, 전압(V1)은 입자 정렬을 "리프레시(refresh)"하기 위해 시간(t1)의 제 2의 짧은 기간 동안에 재인가될 수 있다. 도 5의 예에서는, 적합한 시간 간격(t2)은 약 150초가 된다. 전압(V1)은 입자 부유물(2)의 광학 특성이 수용 가능한 범위 내로 유지되도록, 계속되는 시간 간격 후에 재인가될 수 있다. 일정한 전계가 요구되는 것이 아니므로, SPD(1)의 전력 요구사항은 비교적 낮다.

도 6에 도시된 바와 같이, SPD(1)는 반투과성 디스플레이(15)에서 반투과판 으로서 사용되고, 이러한 반투과성 디스플레이(15)는 액정(LC) 셀(16)과 광원(17)을 또한 포함한다. SPD(1)는 광원(17)에 의해 방출된 광이 액정 셀(16)에 들어가기 전에 입자 부유물(2)을 통과하도록 위치가 정해진다.

액정 셀(16)은 미도시된 열(선택) 및 행(어드레스 지정) 전극의 매트릭스 또는 픽셀의 배열을 한정하고 미도시된 박막 트랜지스터(TFT)의 배열과 함께, 액정 물질(18)과 편광기(19)를 포함한다. 도 5에 미도시된 다른 구성 성분에는, 액정 셀(16)이 TFT 배열과, 각 픽셀과 연관된 컬러 필터를 포함하는 TFT를 제어하는데 사용하기 위한 전극이 포함된다. 그러한 액정 셀(16)의 구조와 동작은 그 자체로 잘 알려져 있다.

광 센서(14)에 의한 데이터 출력이, 반투과성 디스플레이(15) 부근에서의 주변 광 레벨이 미리 결정된 임계치 아래에 있음을 가리키면, 제어 유닛(13)은 스위치를 닫고, 도 2에 도시된 바와 같이 전극(5, 6)에 걸쳐 전압(V1)을 인가한다. 그 결과, 입자 부유물(2)의 투과도는 도 6에 도시된 바와 같이 최대가 된다. 광원(17)에 의해 방출된 높은 비율의 광(20)은 이후 SPD(1)를 통과할 수 있고, 액정 셀(16)을 통해 전파하여 액정 셀(16)은 광원(17)에 의해 백라이팅된다.

광원(17)에 의해 방출된 광(20)은 넓은 각도 분포를 가질 수 있다. 하지만, 정렬된 입자는 입자 부유물(2)을 통과하는 광을 조준하도록 작용하여, 그 결과 백라이팅은 비교적 좁은 각도 분포를 가진다. 이는 상당한 분율의 광(20)이 입자에 의해 산란되고 낭비될 수 있음을 의미한다. SPD(1)의 투과 상태에서의 효율은 높은 굴절 지수를 가진 부유물 액체를 사용하여 개선될 수 있어, 광(20)의 증가된 분율 이 입자 부유물(2)을 통과하게 된다. 적합한 높은 굴절 지수를 가진 부유물 액체의 일 예는 FC75이다. FC75는 1.6의 굴절 지수를 가지는데 반해, 부틸아세테이트의 굴절 지수는 1.4이다.

광 센서(14)의 출력이, 주변 광이 미리 결정된 임계치 위에 있음을 가리킨다면, 주변 광(21)을 액정 셀(16)의 조명원으로서 사용하기 위해, 반투과판(1)이 반사 상태로 스위칭될 수 있다. 도 7은 전압(V2)이 제어 유닛(13)에 의해 인가되고, 스위치(12)가 도 3에 도시된 바와 같이 닫힐 때의 반투과성 디스플레이(15)를 도시한다. 디스플레이(15) 외부의 소스에 의해 만들어진 광인 주변 광(21)은, 액정 셀(16)을 통과하여 전파하여 SPD(1) 상에 입사한다. 주변 광(21)은 입자 부유물(2)에 의해 반사되어, 액정 셀(16)을 다시 통과하여 액정 셀(16)을 조명한다. 광원(17)에 의해 방출된 대부분의 광(20)은 입자 부유물(2)에 의해 반사되거나 산란되어 낭비되어지며, 광원(17)은 전력을 보존하기 위해 스위칭 오프된다.

액정 셀(16)의 구성에 따라서, 투과된 광(20) 및/또는 반사된 광(21)이 액정 셀(16)에서의 편광기(19)를 통과하기 위해 올바르게 편광된 것임을 보장하기 위해, 1/4파장 판(22)이 제공될 수 있다. 1/4파장 판은 도시된 바와 같이, 액정 셀(16)과 SPD(1) 사이에 있을 수 있거나 액정 셀(16)의 반대 측면에 놓일 수 있어, 입사 광(21)은 액정 셀(16)과 SPD(1)에 들어가기 전에 1/4파장 판(22)을 통과한다.

SPD(1)는 또한 검출된 주변 광 상태가 미리 결정된 임계치에 가까울 때 사용될 수 있는 도 4의 강화된 반사 상태로 스위칭될 수 있다. 하지만 반사된 조명이 요구될 때는 언제나 강화된 반사 상태를 이용할 때 일부 장점이 존재한다. SPD(1) 가 도 3과 도 7에 도시된 반사 상태에 있을 때, 액정 셀(16)과 반사면, 즉 입자 자체의 표면 사이의 거리는, 1㎜까지 될 수 있다. 이는 넓은 각도에서 볼 때 이미지의 해상도를 감소시킨다. 이러한 효과는 반사된 조명이 요구될 때, 도 4에 도시된 반사율이 높은 상태로 SPD(1)를 스위칭함으로써 완화될 수 있다. 전압(V1, V2)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제어 유닛(13)에 의해 동시에 인가된다. 이렇게 하는 것은, 입자 부유물(2)의 반사를 강화하는 것뿐만 아니라, 해상도에서의 임의의 저하가 감소하도록 반사면과 액정 셀(16) 사이의 거리를 최소화한다.

입자 부유물(2)의 투과도 및 반사율은 적합한 전압(V1 및/또는 V2)을 인가함으로써 중간값으로 조정될 수 있고, 이 경우 전압(V1 또는 V2)은 입자 부유물(2)의 포화 전위보다 낮아서, 입자 정렬은 전계 라인과 정확히 평행하지 않게 된다. 그러므로 입자 부유물(2)에서의 입자의 그 결과 정렬은 전극(5, 6)에 평행하지도 않고 그렇다고 직교하지도 않는다. 대안적으로, 일련의 교번 펄스로서 전압(V1, V2)을 인가함으로써 중간값이 달성될 수 있다. 이후 입자는 그 결과 전계의 방향에 대응하는 2개의 정렬 사이에서 바뀐다. 이후 입자 부유물(2)의 반사율 및 투과 특성은 각 상태에서 입자가 보낸 시간의 상대적인 비율에 의존하게 되고, 이는 전압(V1, V2)을 인가하기 위해 사용된 구동 구조에 의해 결정된다.

이후 액정 셀(16)에 관한 조명이 도 8에 도시된 바와 같이 반사된 광(21)과 광원(17)으로부터의 광의 결합을 통해 제공된다. 이는 광 센서(14)에 의해 표시된 바와 같이, 주변 광(21)의 강도가 충분한 레벨의 조명을 제공하기에는 너무 낮은 경우 필수적이다.

이러한 식으로, 액정 셀(16)은 부유 입자 디바이스(1)에 의해 투과된 광(20)과 반사된 광(21)을 사용하여 조명될 수 있다.

도 9는 작은 알루미늄 판을 포함하는 SPD(1)에서 달성될 수 있는 다양한 파장의 입사광의 투과 및 반사에 관한 실험 데이터를 도시한다. 도 9에 도시된 투과도와 반사율의 상한은, 각각 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 정렬되는 작은 판에 대응하고, 이들 특성의 하한은 아무런 전계가 인가되지 않을 때 얻어진 것으로, 다시 말해 이 때는 도 1에 도시된 바와 같이 이들 작은 판이 불규칙하게 정렬되는 경우이다. 이 실험에서, 400㎚와 800㎚ 사이의 파장을 가진 입사광에 관해, 65% 내지 70%의 범위에 있는 투과도 상한과, 35% 내지 42%의 범위에 있는 반사율 상한이 달성되었다.

이들 결합된 값은 전술한 고정된 반투과판의 투과도와 반사율에 비해 유리하다. 예를 들어, EP-A-1219410에 개시된 반투과판은 57%까지의 반사율을 가지고, 투과도는 20%와 60% 사이에 있는데 반해, EP-A-1102091에 개시된 것 중 가장 높은 투과도를 가진 반투과판은 40%와 60% 사이의 반사율을 가지고, 30% 내지 50%의 투과도를 가진다. 그러므로 본 발명의 반투과성 디스플레이(15)는 더 높은 효율을 가진 광(20)을 투과시킬 수 있어, 광(20)과 전력의 낭비가 감소하게 된다.

이들 값이, 예를 들어 액정 물질을 포함하는 스위칭 가능한 반투과판으로 달성된 것에 필적하거나 그보다 더 우수하지만, SPD(1)의 전력 요구사항은, 액정 반투과판 및 금속 하이드리드 셀이나 전기변색 셀과 같은 다른 유형의 스위칭 가능한 반투과판보다 낮다.

도 9에 도시된 반사 값은 하나 이상의 다음 사항, 즉 입자 농도를 증가시키는 것, 도 4에 의해 도시된 바와 같이 제 2 전압(V2)을 인가하는 것 및/또는 입자와 부유물 유체, 전압 레벨이나 구동 구조의 다른 결합을 사용하는 것에 의해 또한 개선될 수 있다. 예를 들어, 80%를 넘는 반사율이 도 4에 도시된 강화된 반사 상태에 있는 입자 부유물을 가지고 달성될 수 있다.

이러한 디스플레이는, 예를 들어 고정되거나 휴대 가능하거나 간에, 통신 디바이스나 계산 디바이스에 통합될 수 있다. 이러한 디스플레이는 이동 전화기, PDA, 핸드헬드(handheld) 텔레비전 등과 같은 이동 장비에 특히 적합하다. 이들 디바이스는 재충전 가능한 배터리로부터 공급된 전력과 같은 제한된 전력 공급을 가지고 동작하기 위해 필요로 할 수 있다. 반사된 백라이팅의 사용은 광(16)의 지속 시간 및/또는 강도의 측면에서, 광원(17)을 동작시킬 필요성을 감소시킬 수 있어, 광원(17)은 전력을 덜 소모하게 된다.

당업자는 본 개시물을 읽음으로써, 다른 변형 및 수정이 분명하게 될 것이다. 그러한 변형 및 수정은, 본 명세서에 이미 설명한 특징 대신 또는 그러한 특징에 더하여 사용될 수 있는 액정 또는 다른 디스플레이 또는 부유 입자 디바이스와 그러한 부유 입자 디바이스의 구성 부품을 포함하는 전자 디바이스의 설계, 제조 및 사용시 이미 알려져 있는 같거나 다른 특징을 수반할 수 있다.

특히, SPD(1)는 개별 입자 부유물(2)을 수용하기 위한 복수의 격실(compartment)을 한정하는 다수의 스페이서(7a, 7b)를 포함할 수 있다. 각 격실을 한정하는 스페이서(7a, 7b)는, 필요하다면, 입자 부유물(2)에 전압(V2)을 인가하기 위한 전극(8, 9)을 구비할 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 스페이서(7a, 7b)는 20㎛ 내지 800㎛의 범위 내에 있는, 예를 들어 200㎛인 간격을 가지고 배치된다.

SPD(1)가 단일 또는 다수의 입자 부유물(2)을 포함하는 입자 부유물(2)에 제 2 전압(V2)을 인가하고, 균일하지 않은 전계의 인가를 허용하는 2개 이상의 전극(8, 9) 쌍이 제공될 수 있다.

반투과판(1)과 함께 반투과성 디스플레이(15)에 액정 셀(16) 외의 디스플레이 디바이스가 사용될 수 있다. 적합한 대안적인 디스플레이에는 전기영동 디스플레이, 전기변색 디스플레이, 전기-습식 디스플레이 및 미소 기계 시스템(micro-mechanical system)(MEM) 디스플레이와 같은 미소기계 디스플레이가 포함된다.

입자 부유물(2), 판(3), 기판(4) 또는 전극(5, 6, 8, 9)을 형성하기 위해 다른 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 판(3)은 유리 대신 투명한 플라스틱 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 기판(4)은 또한 유리, 석영 또는 플라스틱과 같은 상이한 투명 물질로부터 형성될 수 있다. 전극(5, 6, 8, 9)은 주석 산화물(SnO₂)과 같은 ITO 외의 물질의 투명한 전도성 막을 사용하여 형성될 수 있다. 전극(8, 9)에 관한 다른 적합한 물질은, 전기도금이나 인쇄(printing)에 의해 스페이서(7a, 7b) 상에 증착된 전도성 중합체, 은 페이스트 및 구리, 니켈, 알루미늄 등과 같은 금속을 포함한다.

또한, 입자 부유물(2)은 그 내부에 부유하는 반사성 입자를 가진 액체나 부유 액체의 작은 방울을 둘러싸는 막일 수 있다.

전극(8, 9)은 SPD(1)가 전극(5, 6)에 걸쳐 단일 전압(V1)을 인가하기 위해 배치되도록 생략될 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 반투과판은 도 2에 도시된 투과 상태와 도 1에 도시된 무질서한 상태 사이에서 바뀔 수 있다. 하지만, 제 2 전계를 그러한 전극(8, 9)에 인가하기 위한 수단 없이, 도 3과 도 4에 도시된 반사 상태는 달성될 수 없다.

1/4파장 판(22)은 도 6 내지 도 8에 액정 셀(16)과 SPD(1) 사이에 위치하는 것으로 나타나 있고, 앞에서 주목된 바와 같이 1/4파장 판(22)은 액정 셀(16)의 반대 측면 상에 위치할 수 있어, 입사광(21)이 액정 셀(16)과 SPD(1)에 들어가기 전에 1/4파장 판(22)을 통과하게 된다. 비록 1/4파장 판(22)이 반사된 조명을 사용할 때 반투과성 디스플레이(15)의 성능을 강화시키지만, 1/4파장 판(22)이 대신 광원(17)과 SPD(1) 사이에 위치할 수 있어, 오직 광원(17)으로부터 오는 광(20)에만 작용한다. 대안적으로 1/4파장 판(22)은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 완전히 생략될 수 있다.

SPD(1)는 일정하거나 간헐적인 전계 또는 일정하고 간헐적인 전계를 인가하도록 구성될 수 있다.

비록 본 출원에서 청구항이 특징의 특별한 결합 형식으로 제시되었지만, 본 발명의 개시물의 범주는, 그것이 임의의 청구항에서 현재 주장된 것과 동일한 발명에 관한 것인지의 여부에 관계없이, 그리고 그것이 본 발명이 그러한 것처럼 동일한 기술적인 문제점의 일부 또는 전부를 완화하는 것인지의 여부에 관계없이, 본 명세서에 개시된 임의의 새로운 특징이나 임의의 새로운 특징의 결합을 명시적으로 또는 묵시적으로 포함하거나 이러한 것들의 임의의 일반화된 것을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 본 출원인은 본 명세서에 의해 새로운 청구항이 본 출원이나 본 출원으로부터 파생된 임의의 추가 출원을 실행하는 동안 그러한 특징들 및/또는 그러한 특징들의 결합으로 형식화될 수 있음을 통지한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 부유 입자 디바이스를 포함하는 반투과판과 그러한 반투과판을 포함하는 반투과성 디스플레이에 이용 가능하다.

Claims (30)

1. 부유 입자 디바이스(1)를 포함하는 반투과판.
2. 제 1항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 하나 이상의 전계를 입자 부유물(2)에 인가하도록 구성되는, 반투과판.
3. 제 2항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 서로 직교하는 방위를 가진 2개의 전계를 상기 입자 부유물(2)에 인가하도록 구성되는, 반투과판.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 전계를 상기 입자 부유물(2)에 간헐적으로 인가하도록 구성되는, 반투과판.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 상기 입자 부유물(2)을

   투과 상태와,

   반사 상태

   중 어느 하나로 스위칭하도록 구성되는, 반투과판.
6. 제 5항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 상기 입자 부유물의 투과 특성과 반사 특성을 상기 투과 상태와 반사 상태와 연관된 특성의 중간값으로 조정하도록 구성되는, 반투과판.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 광 센서(14)의 출력에 따라 투과 특성 및 반사 특성을 조정하도록 더 구성되는, 반투과판.
8. 반투과성 디스플레이(15)로서,

   디스플레이 디바이스(16)와,

   반투과판(1)을 포함하고,

   상기 반투과판(1)은 부유 입자 디바이스인, 반투과성 디스플레이.
9. 제 8항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 하나 이상의 전계를 입자 부유물(2)에 인가하도록 구성되는, 반투과성 디스플레이.
10. 제 9항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 서로 직교하는 방위를 가진 2개의 전계를 상기 입자 부유물(2)에 인가하도록 구성되는, 반투과성 디스플레이.
11. 제 9항 또는 제 10항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 전계를 상기 입자 부유물(2)에 간헐적으로 인가하도록 구성되는, 반투과성 디스플레이.
12. 제 8항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 상기 입자 부유물(2)을

    투과 상태와,

    반사 상태 중

    어느 하나로 스위칭하도록 구성되는, 반투과성 디스플레이.
13. 제 12항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)는 상기 입자 부유물의 투과 특성과 반사 특성을 상기 투과 상태와 반사 상태와 연관된 특성의 중간값으로 조정하도록 구성되는, 반투과성 디스플레이.
14. 제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(16)는 액정 디스플레이 디바이스인, 반투과성 디스플레이.
15. 제 8항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(16)는

    전기영동(electrophoretic) 디스플레이,

    전기변색(electrochromic) 디스플레이,

    전기 습식(electro-wetting) 디스플레이 및

    미소 기계(micromechanical) 디스플레이

    중 하나인, 반투과성 디스플레이.
16. 제 8항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 광원을 더 포함하는, 반투과성 디스플레이.
17. 제 8항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 1/4파장 판(22)을 더 포함하는, 반투과성 디스플레이.
18. 제 16항에 있어서, 상기 부유 입자 디바이스(1)와 광원(17) 사이에 위치한 1/4파장 판(22)을 더 포함하는, 반투과성 디스플레이.
19. 제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 광 센서(14)를 더 포함하는, 반투과성 디스플레이.
20. 반투과판(1)을 동작하는 방법으로서,

    입자 부유물(2) 내의 입자의 정렬을 제어함으로써, 상기 반투과판(1)의 투과 특성과 반사 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 반투과판(1)을 동작하는 방법.
21. 제 20항에 있어서, 상기 반투과판(1)의 부근에서의 주변 광(21)의 레벨을 검출하는 단계를 더 포함하는, 반투과판(1)을 동작하는 방법.
22. 이미지를 디스플레이하는 방법으로서,

    디스플레이 디바이스(16) 상에 이미지를 디스플레이하는 단계와,

    디스플레이 디바이스(16)를 위한 조명을 제공하는 단계를 포함하고,

    상기 조명을 제공하는 단계는 입자 부유물(2) 내의 입자의 정렬을 제어함으로써, 반투과판(1)의 투과 특성과 반사 특성을 조정하는 단계를 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
23. 제 22항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(16)를 위한 조명을 제공하는 단계는, 광원(17)을 동작하는 단계를 더 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스(16)의 부근에서 주변 광의 레벨을 검출하는 단계를 더 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
25. 제 20항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투과판(1)은 광 센서(14)의 출력 신호에 따라 조정되는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
26. 제 20항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투과판(1)의 조정 단계는 하나 이상의 전계를 상기 입자 부유물(2)에 인가하는 단계를 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
27. 제 26항에 있어서, 상기 반투과판(1)의 조정 단계는 서로 직교하는 방위를 가진 2개의 전계를 상기 입자 부유물(2)에 인가하는 단계를 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
28. 제 26항 또는 제 27항에 있어서, 상기 하나 이상의 전계는 상기 입자 부유물(2)에 간헐적으로 인가되는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
29. 제 20항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투과판(1)의 조정 단계는 상기 입자 부유물(2)을

    투과 상태와,

    반사 상태

    중 어느 하나로 스위칭하는 단계를 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.
30. 제 20항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반투과판(1)의 조정 단계는 상기 반투과판(1)의 투과 특성과 반사 특성을 각각 달성 가능한 투과도와 반사율 범위 내에 있는 중간값으로 조정하는 단계를 포함하는, 이미지를 디스플레이하는 방법.

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