KR20090024964A - 능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 마그네틱 디스플레이패널 - Google Patents

능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 마그네틱 디스플레이패널 Download PDF

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KR20090024964A
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Abstract

능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 마그네틱 디스플레이 패널을 개시한다. 본 발명의 한 유형에 따른 능동형 반사 편광 소자는, 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층; 및 상기 자성재료층에 서로 다른 두 방향으로 자기장을 인가하기 위한 전극들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 마그네틱 디스플레이 패널{Active Reflective Polarizer and Magnetic Display Panel}
본 발명은 능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 마그네틱 디스플레이 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쌍안정(Bistable) 능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 쌍안정 마그네틱 디스플레이 패널에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD) 패널은 자체 발광형이 아니기 때문에 백라이트 유닛에서 방출된 광이나 외부광을 투과/차단시키는 광 셔터를 사용하여야 한다. 공지된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널에서 사용되는 광 셔터는 두 개의 편광판 및 상기 두 개의 편광판 사이에 배치된 액정층으로 이루어진다. 여기서 액정층은 단지 빛의 편광을 돌리는 기능만 한다. 액정층의 양측에 있는 편광판 중 광원쪽에 있는 편광판을 편광기(polarizer)라 부르고, 그와 대향하는 쪽에 있는 편광판을 검편기 (analyzer)라 부른다. 검편기와 편광기는 각자의 편광축(polarizing axis)이 서로 90도를 이룬다.
백라이트 유닛(Back light unit: BLU)으로부터 나오는 비편광의 빛이 편광기를 통과하면서 한 편광이 선택되고 그 빛이 액정층을 통해 검편기에 도달 되는데, 그 빛이 검편기를 통과하느냐 안 하느냐는 액정층이 빛의 편광을 얼마나 돌려 주느냐에 따라 결정된다. 검편기와 편광기는 서로 편광축이 수직을 이루고 있으므로, 액정이 빛을 조금이라도 돌려주면 돌려준 양 만큼에 해당되는 빛이 검편기를 통과하게 되고, 액정이 빛을 전혀 돌려주지 않을 경우 빛은 검편기를 통과하지 못하게 된다. LCD에서 요구되는 중요한 이슈 중 하나가 광시야각을 확보하는 것인데 이를 해결하기 위하여 사용된 액정모드들은 제조 비용이 비싸다는 것이다. 따라서 저가의 액정모드에서 광시야각을 확보하기 위한 연구가 개발 중이다. 또한 LCD는 응답속도가 낮아 모션블러등의 문제점을 안고 있다.
본 발명의 목적은 액정이 아닌 자성재료를 이용하여 새로운 개념의 능동형 반사 편광소자 및 이를 채용한 마그네틱 디스플레이 패널을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 마그네틱 디스플레이 패널을 채용한 전자기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 유형에 따른 능동형 반사 편광 소자는, 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층; 및 상기 자성재료층에 서로 다른 두 방향으로 자기장을 인가하기 위한 전극들이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향에 평행한 자기장 성분의 빛은 자성재료층에서 반사되고, 수직한 자기장 성분의 빛은 자성재료층을 투과하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 서로 다른 두 방향의 자기장의 세기를 각각 다르게 함으로써 변화될 수 있다.
예컨대, 상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 기준점에서부터 90도까지 조절될 수 있다.
상기 자성재료층은, 자성 입자들이 투명한 절연성 매질 내에 매립되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 자성재료층의 두께는 자성재료층의 자기 감쇠 길이보다 큰 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 자성재료층은 도전성을 갖는 자성체로 이루어진 자성 코어 및 상기 자성 코어 둘레의 절연성 쉘로 이루어진 코어-쉘 구조일 수 있다.
여기서, 상기 절연성 쉘은 상기 코어를 둘러싸는 투명한 절연성 재료로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 절연성 쉘은 상기 코어를 둘러싸는 폴리머 형태의 투명한 절연성 표면활성제로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 자성 코어를 형성하는 도전성 자성체는, 예컨대, 철, 코발트, 니켈, 티타늄, 알루미늄, 바륨, 백금, 나트륨, 스트론튬, 마그네슘, 디스프로슘, 망간, 가돌리늄, 은, 구리 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나의 금속이거나 또는 그 합금일 수 있다.
또한, 상기 자성 코어를 형성하는 도전성 자성체는 강자성체, 상자성체 또는 초상자성체(superparamagnetic) 재료, 또는 초상자성체 특성을 가진 합금일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전극은 제 1 방향으로 자기장을 인가하는 제 1 전극과 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 자기장을 인가하는 제 2 전극으로 구성될 수 있다.
예컨대, 상기 전극은 격자형태로 패턴된 와이어 타입 또는 판상타입의 전극일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 격자형태의 전극의 와이어들 사이에 광 투과성 절연재료가 삽입될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 마그네틱 디스플레이 화소는, 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층; 상기 자성재료층에 서로 다른 두 방향으로 자기장을 인가하기 위한 제 1 및 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 공통 전극; 및 상기 제 1 전극과 공통 전극 사이 및 제 2 전극과 공통 전극 사이의 전류 흐름을 스위칭하는 제어 회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어회로는 하나 이상의 박막트랜지스터(TFT)를 포함할 수 있다.
상기 마그네틱 디스플레이 화소는, 상기 자성재료층의 측면에 배치되는 것으로, 상기 제 1 전극과 공통 전극을 전기적으로 연결하는 제 1 도전성 스페이서 및 상기 제 2 전극과 상기 공통 전극을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 스페이서;를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 공통 전극은 상기 제 1 및 제 2 도전성 스페이서와 전기적으로 연결되는 판상 시트이거나 또는 격자 구조의 와이어일 수 있다.
또한, 상기 격자 구조의 공통 전극의 와이어들 사이에 광 투과성 절연재료가 삽입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 공통 전극은 와이어 형태로서 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 같은 면상에 형성되어 서로 연결된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 공통 전극은 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결되는 제 1 공통 전극 및 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되는 제 2 공통 전극으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 공통 전극으로부터 제어 회로까지 연결되는 와이어의 길이와 상기 제 2 공통 전극으로부터 제어 회로까지 연결되는 와이어의 길이가 같은 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 제 1 및 제 2 전극은 In, Au, Sn, Pt, Pd, Al, Cu, Ag, Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, La 계열, 요오드 도핑된 폴리아세틸렌의 의 원소 중 적어도 하나를 포함하는 투명한 도전성 재료나 투명한 전도성 산화물, 또는 투명하지 않은 금속이나 금속 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 마그네틱 디스플레이 화소는 일측면에 배치된 외부 편광판을 더 포함할 수 있다.
상기 외부 편광판은 흡수형 편광판, 와이어 그리드 반사형 편광판, 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층을 갖는 능동형 반사 편광판 중 어느 하나일 수 있다.
상기 외부 편광판이 능동형 반사 편광판인 경우, 상기 외부 편광판의 자성재료층의 자화 방향과 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 자성재료층의 자화방향이 평행일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 수직일 때 입사 빛은 투과하지 못한다.
또한, 상기 외부 편광판이 와이어 그리드 반사형 편광판인 경우, 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 자성재료층의 자화방향과 상기 와이어 그리드의 배열 방향이 수직일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 평행일 때 입사 빛은 투과하지 못한다.
또한, 상기 외부 편광판이 흡수형 편광판인 경우, 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 자성재료층의 자화방향과 상기 흡수형 편광판의 편광축과 수직일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 평행일 때 입사 빛은 투과하지 못한다.
상기 마그네틱 디스플레이 화소는, 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 배면과 전면에 각각 배치되는 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 디스플레이 화소는, 상기 자성재료층과 상기 제 2 투명 기판 사이에 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 디스플레이 화소는, 상기 자성재료층으로부터 상기 제 2 투명 기판의 외부 표면까지의 광학 표면 중 어느 하나의 표면에 배치된 흡수형 편광자를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 마그네틱 디스플레이 화소는, 상기 자성재료층으로부터 상기 제 2 투명 기판의 외부 표면까지의 광학 표면 중 적어도 하나의 표면에 형성된 반사방지 코팅을 더 포함할 수 있다.
상기 마그네틱 디스플레이 화소는, 상기 제 2 투명기판의 일측면에서 상기 제어 회로와 대향하는 영역에 배치되는 블랙 매트릭스를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 유형에 따른 마그네틱 디스플레이 패널은 상술한 구조의 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들은 하나의 공통된 제 1 및 제 2 투명 기판 사이에 2차원 배열되며, 각각의 마그네틱 디스플레이 화소는 하나의 서브화소를 구성한다.
여기서, 상기 서브화소들은 각각 다른 색의 컬러 필터를 갖고, 상기 서브화소들이 하나의 화소를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들이 하나의 공통된 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판 및 공통 전극을 공유하며, 자성재료층과 상기 자성재료층에 자기장을 인가하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극은 각각의 마그네틱 디스플레이 화소마다 하나씩 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 공통 전극은 상기 자성재료층 위에 판상으로 형성되거나, 또는 2차원 배열된 상기 마그네틱 디스플레이 화소들의 열과 행 사이에 와이어 형태의 전극으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 마그네틱 디스플레이 패널은 상기 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판, 제 1 전극, 제 2 전극 및 공통 전극이 플렉서블한 재료로 이루어진 플렉서블 디스플레이 패널일 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 및 제 2 투명 기판은 광투과성 수지 재료로 이루어지며, 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 공통 전극이 도전성 폴리머 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 마그네틱 디스플레이 패널은, 다수의 마그네틱 디스플레이 화 소들이 배열된 디스플레이 유닛 및 각각의 마그네틱 디스플레이 화소에 대해 제 1 전극, 제 2 전극 및 공통 전극 사이의 전류 흐름을 개별적으로 스위칭하는 분리된 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 유형에 따른 양면 디스플레이 패널은 백라이트 유닛; 및
상기 백라이트 유닛의 양면에 대칭적인 구성으로 배치되는 것으로, 상술한 구성을 갖는 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들을 구비하는 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따른 전자기기는 상술한 마그네틱 디스플레이 패널을 영상 제공 수단으로서 채용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자는 자화특성을 이용한 편광소자로서 편광 방향 조절이 가능하다. 따라서 본 발명의 능동형 편광 소자를 이용하여 마그네틱 디스플레이 구현이 가능하다. 또한 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자를 제조하는 데 있어서, 크기의 제한을 거의 받지 않는다.
본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 화소의 경우, 종래의 액정 디스플레이 화소와 비교하여 훨씬 적은 부품으로도 광의 투과/차단을 조절하는 광 셔터를 구성할 수 있다. 따라서, 종래의 액정 디스플레이 패널에 비해 간단하고 저렴하게 디스플레이 패널을 제조하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널은 기존의 액정 디스플레 이 패널의 제조 공정을 대부분 이용할 수 있기 때문에, 현재의 액정 디스플레이 패널의 제조 라인을 그대로 활용할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널은 고온 공정이 필요하지 않기 때문에, 플렉서블 디스플레이에 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널은 소면적 뿐만 아니라 대면적으로도 제조가 쉽다. 따라서, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널은 TV, PC, 노트북, 휴대폰, PMP, 게임기 등과 같이 영상이 제공되는 다양한 크기의 전자기기에 폭 넓게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자(100)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자(100)는 투명 기판(110) 위에 형성된 자성재료층(120)과 상기 자성재료층(120)에 서로 다른 두 방향의 자기장을 인가하기 위한 제 1 및 제 2 전극(130, 132)을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자성재료층(120)의 주위에 자기장을 인가하기 위한 제 1 및 제 2 전극(130, 132)들은 격자 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 전극(130, 132)들은, 예컨대, ITO와 같은 투명한 전도성 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 불투명한 금속성 재료 또는 다른 재료를 사용하는 것도 가능하다. 도 1에서는 상기 제 1 및 제 2 전극(130, 132)들이 자성재료층(120)을 위아래로 둘러싸는 것으로 도시되었으나, 상기 제 1 및 제 2 전극(130, 132)들은 자성재료층(120)의 상면에만 격자 형태로 형성될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(-x방향)으로 자기장을 인가하기 위한 제 1 전극(130)은 y 방향과 평행하며, x 방향을 따라서 일정한 간격으로 배열되어 있다. 또한, 제 2방향(-y방향)으로 자기장을 인가하기 위한 제 2 전극(132)은 x 방향과 평행하며, y 방향을 따라서 일정한 간격으로 배열되어 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 전원(134, 136)을 통해 상기 제 1 및 제 2 전극(130, 132)들에 각각 전류를 인가한다. 여기서 자기장 인가 방향은 전극 형성 방향에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 자성재료층(120) 위에 y방향의 제 1 전극(130)을 따라 전류가 흐르는 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자성재료층(120)은 제 1 방향 즉, -x 방향으로 자화된다. 반면에, 자성재료층(120) 위에 x방향의 제 2 전극(132)을 따라 전류가 흐르는 경우, 상기 자성재료층(120)은 제 2 방향 즉, y 방향으로 자화된다.
그러면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 자성재료층(120)의 자화 방향에 평행한 성분을 갖는 자기장(H||)은 반사되고, 수직한 성분을 갖는 자기장(H⊥)은 자성재료층(120)을 투과하게 된다. 그 원리는 다음과 같이 설명할 수 있다. 자기 모멘트의 배열 방향과 평행한 방향을 갖는 광 H||이 자성재료층(120)에 입사하는 경우, 유도 자기 모멘트(induced magnetic moment)가 발생하게 된다. 상기 유도 자기 모멘트는 광 H||의 진폭에 따라 시변하게 된다. 따라서, 전자기파 방사의 원리에 따라, 시변하는 유도 자기 모멘트에 의해 전자기파가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 전자기파는 모든 방향으로 전파될 수 있다. 따라서, 상기 자성재료층(120)의 두께(t)를, 전기장의 표면 깊이와 유사한 개념인 자기 감쇠 길이(magnetic decay length)보다 크게 하면, 유도 자기 모멘트에 의해 발생한 전자기파가 상기 자성재료층(120)을 투과하지 못하게 된다. 따라서, 자성재료층(120)의 자화 방향에 평행한 성분을 갖는 자기장(H||)은 반사되는 것으로 나타난다.
반면, 자기 모멘트의 배열 방향과 수직한 방향을 갖는 광 H⊥이 상기 자성재료층(120)에 입사하는 경우에는, 자기 모멘트와의 상호작용이 없으며, 시변하는 유도 자기 모멘트도 발생하지 않는다. 그 결과, 수직한 광 H⊥의 경우에 있어서는, 마치 자성재료층(120)이 존재하지 않는 것과 같이 된다. 그러면, 수직한 광 H⊥은 반사 없이 능동형 반사 편광소자(100)를 통과할 수 있게 된다. 이에 대해서는 후술할 자성재료층(120)에 관한 설명에서 더욱 상세하게 다루도록 한다.
상술한 도 1에서는 자성재료층(120)의 위나 주위에 자기장을 인가하기 위한 다수의 와이어로 이루어진 전극(130, 132)들을 사용하였다. 그러나, 도 2와 같이 자성재료층(120)의 둘레에 형성된 판상의 투명 전극(138, 140)을 자기장 인가 수단으로서 사용할 수도 있다. 여기서, 상기 투명 전극(138, 140)의 재료로는 ITO 와 같은 투명한 전도성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 와이어 전극(130, 132)들을 사용하는 경우에 비해, 보다 적은 전류로도 자성재료층(120) 내의 자기 모멘트들을 제어할 수 있으며, 자기 모멘트들의 배열 방향이 보다 균일하게 될 수 있다.
또한, 도 2에서는 상기 판상의 투명 전극(138, 140)이 자성재료층(120)의 둘레를 전체적으로 둘러싸는 것으로 도시되어 있으나, 자성재료층(120)의 상부면에 만 판상의 투명 전극(138, 140)이 배치되는 것도 가능하다. 즉, 상기 판상의 투명 전극(138, 140)은 자성재료층(120)의 상부면에만 배치되거나 또는 하부면에만 배치되거나 전체적으로 둘러쌀 수도 있다.
도 2에서도 도 1에서와 마찬가지로 두 방향에서 자기장을 인가할 수 있도록 판상의 투명 전극(138, 140)을 배치하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 방향으로 자기장을 인가하기 위한 제 1 판상 전극(138)은 y 방향으로 전류를 흘려줄 수 있도록 배치되고, 제 2 방향으로 자기장을 인가하기 위한 제 2 판상 전극(140)은 x 방향으로 전류를 흘려줄 수 있도록 배치된다. 그리고, 전원(134, 136)을 통해 상기 판상 전극(138, 140)들에 전류을 인가한다. 여기서 자기장 인가 방향은 전류를 흘려주는 방향에 따라 달라질수 있다. 예컨대, 자성재료층(120) 위에 y방향으로 전류가 흐르는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자성재료층(120)은 제 1 방향 즉, -x 방향으로 자기 모멘트들이 배열된다. 반면에, 자성재료층(120) 위에 x방향으로 전류가 흐르는 경우, 상기 자성재료층(120)은 제 2 방향 즉, y 방향으로 자기 모멘트들이 배열된다.
한편, 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 능동형 반사 편광 소자(100)는 두 방향에서 자기장을 인가할 수 있도록 상기 전극(130, 132)을 격자 형태로 형성하였다. 따라서 상술한 원리에 의하여 상기 자성재료층(120)을 투과하는 빛의 편광성분이 상기 자기 모멘트 배열 방향에 따라 선택될 수 있다. 즉, 상기 자성재료층(120)에 인가된 자기장 방향에 따라 빛의 편광 성분을 선택하여 투과시킬 수도 있고 반사시킬 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자(100)의 동작 원리를 설명해주는 도면으로서, 자성재료층(120)의 하부에 와이어로 이루어진 전극(130, 132)들이 격자 형태로 형성되어 있는 능동형 반사 편광소자를 나타내고 있다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 자성재료층(120)에 전류를 인가하는 방향 및 세기에 의해서 자기장의 방향(H field) 즉, 상기 자성재료층(120)의 자기 모멘트들이 배열되는 방향이 변화되는 것을 알 수 있다. 도 3a 내지 도 3c에서 보여준 것처럼 자성재료층(120)의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 y 방향에서 x 방향까지 90도 조절될 수 있다.
예컨대, 도3a에서와 같이 x방향에 평행한 제 1 전극(130)에 x방향으로 전류가 흐르고, y방향에 평행한 제 2 전극(132)에는 전류가 흐르지 않을 경우, 자성재료층(120)에 자기장이 y방향으로 유도된다. 도 3b는 제 1 전극(130)에는 전류가 흐르지 않고, 제 2 전극(132)에는 -y방향으로 전류가 흐를 때 자성재료층(120)에 유도된 자기장은 x방향인 경우를 보여준다. 또한, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(130)과 제 2 전극(132)에 똑 같은 양의 전류가 동시에 흐를 때 자성재료층(120)에 유도된 자기장은 x방향과 y방향의 중간 방향이 된다. 이와 같이 본 발명의 능동형 반사 편광소자(100)는, 제 1 전극(130)과 제2 전극(132)에 흐르는 전류의 양을 다르게 변경함으로써 유도 자기장의 방향을 y 방향에서부터 x 방향까지 연속적으로 조절할 수 있다. 따라서 본 발명의 능동형 편광소자(100)를 투과하는 빛의 편광 성분 및 그 양을 쉽게 선별하고 조절할 수 있게 된다.
한편, 도 4는 자성재료층(120)의 개략적인 구조를 예시적으로 도시하고 있 으며, 도 5는 도 4에 도시된 예시적인 자성재료층(120)의 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 자성재료층(120)은, 예컨대, 도전성을 갖는 자성 코어로 이루어진 다수의 자성 입자(122)들이 서로 뭉치거나 전기적으로 접촉하지 않고 투명한 절연성 매질(124) 내에 매립되어 있는 구조일 수 있다. 도 4 및 도 5에서는 편의상 자성재료층(120) 내의 자성 입자(122)들이 소밀하게 분포되어 있는 것으로 도시하였다. 그러나 실제로는, 상기 자성재료층(120) 내에 자성 입자(122)들이 매우 밀집하게 채워져 있다. 도전성을 갖는 자성 코어로 이루어진 자성 입자(122)들이 서로 뭉치거나 전기적으로 접촉하지 않도록 하기 위하여, 상기 자성 입자(122)들은 도전성을 갖는 자성 코어(122a)와 이를 둘러싸는 투명한 비자성, 절연성 쉘(122b)로 이루어질 수 있다. 또한, 자성 입자(122)들 사이의 영역도 상기 절연성 쉘(122b)과 마찬가로 비자성을 갖는 투명한 절연성 유전체 재료로 채워질 수 있다.
이러한 자성재료층(120)은, 예컨대, 도전성을 갖는 자성 코어(122a)들을 페이스트 상태의 투명한 절연성 재료에 혼합한 다음, 이를 투명 기판(110) 위에 얇게 도포하고 경화시킴으로써 형성할 수 있다. 또는, 코어-쉘(core-shell) 구조의 자성 입자(122)들을 용액 내에 액침시킨 후, 이를 투명 기판(110) 위에 얇게 스핀 코팅(spin coating) 또는 딥 코팅(deep coating)하여 경화시킴으로써, 상기 자성재료층(120)을 형성할 수도 있다. 최근에는, 자성체의 성질을 갖는 도전성 자성 폴리머(conductive magnetic polymer) 필름이 개발되어 판매되고 있어서, 이를 투명 기판(110) 위에 직접 부착하여 자성재료층(120)을 형성할 수도 있다. 또한, 도전성을 갖는 자성 코어와 절연성을 갖는 투명한 비자성 코어를 혼합하여 하나의 용액에 액 침시킨 후, 이를 투명 기판(110) 위에 얇게 스핀 코팅 또는 딥 코팅(deep coating)하여 경화시킴으로써, 상기 자성재료층(120)을 형성하는 것도 가능하다. 자성 입자(122)들이 자성재료층(120) 내에서 서로 뭉치거나 전기적으로 접촉하지 않은 상태로 존재할 수 있다면, 그 밖에도 다른 방법을 사용할 수도 있다.
도 6은 자성재료층(120)을 구성하는 코어-쉘 구조의 자성 입자(122)의 다른 예시적의 구조를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자성 입자(122)는 도전성을 갖는 자성체 재료로 된 코어(122a)와 상기 코어(122a)를 둘러싸는 절연성 쉘(122c)로 이루어질 수 있다. 상기 절연성 셀(122c)은 상기 코어(122a)를 둘러싸는 폴리머 형태의 투명한 절연성 표면활성제로 이루어질 수 있다.
상기 자성 입자(122)의 코어(122a)로 사용될 수 있는 재료로는, 전도도와 자화율이 큰 물질이면 가능하다. 상기 전도도와 자화율이 큰 물질은, 예컨대, 강자성체(ferromagnetic), 상자성체(paramagnetic), 초상자성체(superparamagnetic) 및 초상자성체 특성을 가진 합금(alloy) 중 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 능동형 반사 편광소자(100)를 구현하기 위하여 자성재료층(120)으로 상자성체, 초상자성체 및 초상자성체 특성을 가진 합금 중 어느 하나를 사용할 경우 자성재료층(120)의 자기모멘트 배열 방향을 자유롭게 조절하면서 빛의 투과량을 조절하기 위해서는 제 1 전극(130)과 제 2 전극(132)에 전류를 계속 흘려 주어야 한다.
반면에 본 발명의 능동형 반사 편광소자(100)의 자성재료층(120)으로 강자성체를 사용할 경우엔 자성재료층(120)의 자기모멘트 배열 방향을 자유롭게 조절하면서 빛의 투과량을 조절하기 위해서 자성재료층(120)의 표면에 전류를 계속해서 흘릴 필요가 없다. 강자성체 물질은 외부자기장에 의해 한 번 정렬되면 그 외부자기장이 차단되어도 계속 정렬된 상태를 유지하기 때문에 강자성체를 본 발명의 자성재료층(120)으로 사용할 경우 순간적으로 자성재료층(120)의 표면에 자기모멘트들이 정렬될 때까지만 전류를 흘렸다 꺼 주면 된다.
예컨대, 상기 자성 코어(122a)를 형성하는 재료로는, 티타늄, 알루미늄, 바륨, 백금, 나트륨, 스트론튬, 마그네슘, 디스프로슘, 망간 및 가돌리늄과 같은 상자성체 금속이나 합금을 사용하거나, 은 및 구리와 같은 반자성체 금속이나 합금을 사용할 수도 있고, 또는 닐 온도(Neel temperature) 이상에서 상자성체로 변하는 크롬과 같은 반강자성체(antiferromagnetic) 금속을 사용할 수도 있다. 또한, 코발트, 철, 니켈 또는 이를 포함하는 합금과 같은 강자성체 금속 또는 그의 합금을 초상자성(superparamagnetic) 특성을 갖도록 하여 사용하는 것도 가능하다. 강자성체가 초상자성 특성을 갖도록 하기 위해서는 자성 코어의 부피가 단일 자구의 부피보다 작으면 된다. 그 외에도, 도전체와 자성체로서의 성질을 갖는다면, 금속 이외에도 유전체, 반도체, 폴리머 등과 같은 물질도 사용할 수 있다. 또한, 전도성은 낮은 편이지만 자화율(magnetic susceptibility)이 매우 큰 페리자성체(ferrimagnetic substance)도 사용이 가능한 데, 이러한 재료로는 예컨대 MnZn(Fe2O4)2, MnFe2O4, Fe3O4, Fe2O3 와 같은 철 산화물과 Sr8CaRe3Cu4O24 등이 있다.
이러한 코어(122a)의 직경은 하나의 코어(122a)가 단일 자구(single magnetic domain)를 형성할 수 있는 정도로 충분히 작아야 한다. 따라서 자성 입 자(122)의 코어(122a)의 직경은 사용하는 재료에 따라 수 nm에서 수십 nm까지 가능하다. 예컨대, 코어(122a)의 직경은, 사용하는 재료에 따라 차이가 날 수 있지만, 약 1nm 내지 100nm 정도가 될 수 있다.
한편, 쉘(122b, 122c)의 역할은, 인접하는 코어(122a)들이 서로 뭉치거나 서로 직접적으로 닿지 않게 하여, 코어(122a)들 사이의 전기적 접촉을 방지하는 것이다. 이를 위하여, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 예컨대 SiO2 또는 ZrO2 와 같이 비자성을 갖는 투명한 절연성 유전체 재료로 된 쉘(122b)이 코어(122a)를 둘러쌀 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 폴리머 형태의 표면활성제(surfactant)로 이루어진 쉘(122c)이 코어(122a)를 둘러쌀 수도 있다. 여기서, 상기 폴리머 형태의 표면활성제는 투명하며, 절연성 및 비자성을 가져야 한다. 이러한 쉘(122b, 122c)의 두께는 인접하는 코어(122a)들이 서로 전도(conduct)되지 않을 정도의 두께이면 충분하다.
도 7 및 도 8은 자성재료층(120)의 가능한 또 다른 구조를 예시적으로 나타내는 것으로, 도 7은 수평 단면을 도시하고 있으며, 도 8은 수직 단면을 도시하고 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 자성재료층(120)은 SiO2와 같은 투명한 절연성 매질(124) 내에 코어-쉘 대신 실린더 기둥 형태의 자성 입자(126)들이 박혀 있는 구조이다. 이 경우에도, 각각의 자성 입자(126)들은 하나의 단일 자구를 형성할 수 있는 정도의 크기를 가지며, 앞서 설명한 자성 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 구조는, 예컨대, 양극 산화(anodic oxidation) 방식을 이용하여 미세한 공 극(pore)들을 갖는 유전체 템플릿을 형성하고, 여기에 스퍼터링 방식 등으로 자성 재료를 채워넣음으로써 이루어질 수 있다.
도 9는 외부 자기장이 인가되지 않은 경우에 자성재료층(120) 내의 자기 모멘트들의 배열을 개략적으로 도시한다. 외부 자기장이 인가되지 않은 경우, 상기 자성재료층(120) 내의 전체적인 자기 모멘트들은 도 9에서 화살표로 표시한 바와 같이 여러 방향으로 랜덤하게 배열되어 있다. 도 9에서, 'ㆍ'는 x-y 평면상에서 +x 방향의 자기 모멘트를 나타내며, '×'는 x-y 평면상에서 -x 방향의 자기 모멘트를 나타낸다. 또한, 도 9에서 확대하여 표시한 바와 같이, 자성재료층(120) 내의 자기 모멘트들은 x-y 평면 뿐만 아니라 수직 방향(즉, -z 방향)으로도 랜덤하게 배열되어 있다. 따라서, 외부 자기장이 인가되지 않은 경우, 자성재료층(120) 내의 총 자화는 0 이 된다(M = 0).
이하, 상술한 구조의 자성재료층(120)에서 광이 투과/차단되는 원리에 대해 설명한다.
자성재료층(120)에 입사하는 전자기파의 자기장은 상기 자성재료층(120)의 자화 방향에 수직한 성분(H⊥)과 수평한 성분(H||)으로 분해될 수 있다. 자화 방향과 평행한 성분(H||)이 자성재료층(120)에 입사하는 경우, 자화 방향으로 배열되어 있는 자기 모멘트들과 상호작용하여 유도 자기 모멘트(induced magnetic moment)가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 유도 자기 모멘트는 수평한 성분(H||)의 자기장의 진폭이 시변함에 따라 함께 시변하게 된다. 그 결과, 전자기파 방사의 일반적인 원리 에 따라, 시변하는 유도 자기 모멘트에 의해 전자기파가 발생하게 된다. 이렇게 발생한 전자기파는 모든 방향으로 전파될 수 있다. 그러나, 자성재료층(120)의 내부로 진행하는 전자기파(즉, -z 방향으로 진행하는 전자기파)는 자성재료층(120)에 의해 감쇠를 겪게 된다. 전기장의 표면 깊이 길이(skin depth length)와 유사한 개념인 자기 감쇠 길이(magnetic decay length)보다 자성재료층(120)의 두께(t)를 크게 하면, 유도 자기 모멘트에 의해 발생한 전자기파 중에서 자성재료층(120)의 내부로 진행하는 전자기파는 대부분 감쇠하게 되고, +z 방향으로 진행하는 전자기파만이 남게 된다. 따라서, 자화 방향과 평행한 성분(H||)은 자성재료층(120)에 의해 반사되는 것으로 간주될 수 있다.
반면, 자화 방향에 수직한 성분(H⊥)이 자성재료층(120)에 입사하는 경우, 상기 수직한 성분(H⊥)은 자기 모멘트와 상호작용하지 않으며, 따라서 유도 자기 모멘트도 발생하지 않는다. 그 결과, 자화 방향에 수직한 성분(H⊥)은 감쇠 없이 상기 자성재료층(120)을 통과하게 된다.
결과적으로, 자성재료층(120)에 입사하는 전자기파의 자기장 중에서, 자화 방향과 평행한 성분(H||)은 상기 자성재료층(120)에 의해 반사되는 반면, 자화 방향에 수직한 성분(H⊥)은 상기 자성재료층(120)을 투과하게 된다. 따라서, 자화 방향에 수평한 성분의 자기장과 관련된 광 에너지(S || = E ||×H ||)는 상기 자성재료층(120)에 의해 반사되고, 자화 방향에 수직한 성분의 자기장과 관련된 광 에너 지(S ⊥ = E ⊥×H ⊥)는 상기 자성재료층(120)을 투과한다.
도 9에서와 같이, 자성재료층(120)에 외부 자기장이 인가되지 않은 경우, 자성재료층(120) 내의 자기 모멘트들은 x-y 평면에서 뿐만 아니라 깊이 방향(즉, -z 방향)으로도 랜덤하게 배열되어 있다. 따라서, 외부 자기장이 인가되지 않은 자성재료층(120)에 입사하는 광은 모두 반사된다. 반면, 외부 자기장이 자성재료층(120)에 인가되면, 자성재료층(120) 내의 자기 모멘트들이 한 방향으로 정렬된다. 따라서, 자성재료층(120)에 입사하는 광 중에서, 자화 방향과 평행한 자기장 성분과 관련된 편광 성분의 광은 상기 자성재료층(120)에 의해 반사되고, 자화 방향에 수직한 자기장 성분과 관련된 편광 성분의 광은 자성재료층(120)을 투과하게 된다. 이러한 점에서, 상기 자성재료층(120)은, 외부 자기장이 인가되지 않으면 광을 차단하고 외부 자기장이 인가되면 광을 투과시키는 광 셔터의 기능을 할 수 있다.
한편, 자성재료층(120)이 광 셔터의 기능을 하기 위해서는, 자성재료층(120)의 내부로 진행하는 전자기파를 충분히 감쇠시킬 수 있는 두께를 가져야 한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 자성재료층(120)의 두께는 자성재료층(120)의 자기 감쇠 길이보다 커야 한다. 특히, 자성재료층(120)이 투명한 매질 내에 분산된 자성 코어로 이루어지는 경우, 자성재료층(120) 내에서 광이 진행하는 경로를 따라 충분한 수의 자성 코어가 존재하여야 한다. 예컨대, 자성 코어가 단층으로 균일하게 분포되어 있는 x-y 평면 상의 동일 층들이 z 방향으로 적층됨으로써 상기 자성재료층(120)이 구성된다고 가정할 경우, -z 방향으로 진행하는 광의 경로를 따라 필요한 자성 코어의 개수 n 은 다음의 수학식과 같이 주어질 수 있다.
n ≥ s / d
여기서, s는 입사광의 파장에서 자성 코어의 자기 감쇠 길이이고, d는 자성 코어의 직경이다. 예컨대, 자성 코어의 직경이 7nm 이고, 입사광의 파장에서 자성 코어의 자기 감쇠 길이가 35nm 인 경우, 광의 경로를 따라 5개의 자성 코어가 요구된다. 따라서, 자성재료층(120)이 투명한 매질 내에 분산된 자성 코어로 이루어지는 경우, 자성 코어의 밀도를 고려하여 자성재료층(120)의 두께 방향으로 n 개 이상의 자성 코어가 존재하도록 자성재료층(120)의 두께를 결정할 수 있다.
도 10 내지 도 12는 이러한 자성재료층(120)의 특성을 확인하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.
먼저, 도 10은 외부 자기장이 인가된 상태에서 자성재료층(120)을 통과하는 시변하는 자기장의 세기(A/m)를 나타내는 그래프이고, 도 11은 도 10의 일부분을 확대하여 나타내는 그래프이다. 도 10 및 도 11의 그래프는, 자성재료층(120)의 자성체 재료로서 티타늄을 사용하고 입사광의 파장이 550nm 인 경우에 대해 계산한 결과이다. 티타늄의 경우, 공지된 바와 같이 20℃의 실온에서 약 18 × 10-5 의 자화율(magnetic susceptibility)과 약 2.38 × 106S(Siemens)의 전기 전도도를 갖는다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 자성재료층(120)의 자화 방향에 수직한 자기장의 경우, 자성재료층(120)의 두께가 증가하더라도 감쇠 손실 없이 자성재료층(120)을 통과한다. 반면, 자성재료층(120)의 자화 방향과 평행한 광의 경우, 크게 감쇠되어 약 60nm 정도에서 진폭이 0 에 가깝게 된다. 따라서, 자성재료층(120)의 자성체 재료로서 티타늄을 사용하는 경우, 자성재료층(120)의 두께가 약 60nm 이상인 것이 적당하다.
또한, 도 12는 자성재료층(120)의 편광 소거비(즉, 자화 방향에 평행한 자기장을 갖는 광의 투과율에 대한 자화 방향에 수직한 자기장을 갖는 광의 투과율의 비율)(contrast ratio; CR)의 절대값을 나타내는 그래프이다. 예컨대, "W1"이 투과되어야 할 광이고, "W2"가 투과되면 안되는 광이라면, 편광 소거비(CR)는 (W1/W2)로 정의될 수 있다. 상기 자성재료층(120)의 경우에, "W1"은 S ⊥ = E ⊥×H ⊥ 이고, "W2"는 S || = E ||×H || 이다. 도 12의 그래프는, 자성재료층(120)의 두께가 두꺼워질수록 편광 소거비가 크게 증가한다는 것을 보여준다.
도 13은 상술한 능동형 반사 편광소자(100)의 원리를 응용한 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(200)의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이며, 도 14는 상기 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(200)의 개략적인 평면도이다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 하나의 서브화소(200)는 제 1 투명기판(210), 상기 제 1 투명기판(210) 상부에 형성된 자성재료층(230), 상기 제 1 투명기판(210)과 상기 자성재료층(230) 사이에 배치된 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221), 상기 자성재료 층(230)의 상부에 배치된 공통 전극(225), 상기 자성재료층(230)의 측면에 배치되어 상기 자성재료층(230)을 밀폐시키고 상기 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)과 공통전극(225)을 각각 전기적으로 연결시키는 제 1 및 제 2 도전성 스페이서(223, 224), 상기 공통 전극(225) 위에 배치된 컬러 필터(240), 및 상기 컬러 필터(240) 위에 배치된 제 2 투명기판(250)을 포함한다.
여기서, 하나의 제 1 및 제 2 투명 기판(210,250)과 공통 전극(225)이 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 모든 화소(200)들에 대해 공통으로 사용될 수 있다. 도 13에는, 공통 전극(225)이 컬러 필터(240)의 표면에 배치되고 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)이 제 1 투명 기판(210)의 내면에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극(225)의 위치는 서로 바뀔 수도 있다. 또한, 컬러 디스플레이가 아닌 흑백 디스플레이를 제공하고자 하는 경우에는 컬러 필터(240)가 생략될 수도 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)은 각각 서로 수직하게 교차하는 다수의 와이어들로 이루어질 수 있다. 따라서, 상술한 능동형 반사 편광소자(100)와 마찬가지로, 상기 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)은 서로 수직한 두 방향의 자기장을 상기 자성재료층(230)에 인가할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극(225) 사이의 전류 흐름을 스위칭하기 위하여, 자성재료층(230)에 인접하여 제 1 및 제 2 제어 회로(261, 262)가 배치된다. 예컨대, 상기 제어 회로(261, 262)는 액정 디스플레이 패널에서 통상적으로 사용하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 그대로 이용할 수 있다. 만약, 제 1 제어 회로(261)가 ON 되면 제 1 서브화소 전극(220)과 공통 전극(225) 사이에 전류가 흐르게 되며, 제 2 제어 회로(262)가 ON 되면 제 2 서브화소 전극(221)과 공통 전극(225) 사이에 전류가 흐르게 된다. 이를 위하여, 제 1 서브화소 전극(220)의 일단은 제 1 제어 회로(261)에 연결되어 있고, 타단은 제 1 도전성 스페이서(223)에 연결되어 있다. 그리고, 제 2 서브화소 전극(221)의 일단은 제 2 제어 회로(262)에 연결되어 있고, 타단은 제 2 도전성 스페이서(224)에 연결되어 있다. 한편 상기 제 1 및 제 2 도전성 스페이서(223, 224)는 공통 전극(225)과 연결된다.
또한, 공통 전극(225)과 제 1 투명 기판(210) 사이에서 서브화소(200)의 가장자리 둘레를 따라 수직한 격벽(270)이 형성될 수 있다. 상기 격벽(270)은 제 1 및 제 2 도전성 스페이서(223, 224)와 함께 제 1 및 제 2 투명 기판(210,250) 사이의 내부를 외부로부터 완전히 밀폐시키는 역할을 한다. 그리고 상기 공통 전극(225)과 제 2 투명 기판(250) 사이에서 상기 제어 회로(261, 262), 격벽(270) 및 도전성 스페이서(223, 224)와 대향하는 영역에는 블랙 매트릭스(245)가 형성된다. 상기 블랙 매트릭스(245)는 제어 회로(261, 262), 격벽(270) 및 도전성 스페이서(223, 224)가 외부에서 보이지 않게 하는 역할을 한다.
또한, 도 13에는 구체적으로 도시되지 않았으나, 외부광의 반사 및 산란으로 인한 눈부심을 방지하기 위해, 자성재료층(230)으로부터 제 2 투명 기판(250)까지의 광학 표면 중 적어도 하나의 표면에 반사방지 코팅 또는 흡수형 편광자를 형성할 수도 있다. 예컨대, 자성재료층(230)과 공통 전극(225) 사이, 공통 전극(225) 과 컬러 필터(240) 사이, 컬러 필터(240)와 제 2 투명 기판(250) 사이, 또는 제 2 투명 기판(250)의 상면에 반사방지 코팅 또는 흡수형 편광자가 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)를 제작함에 있어서, 제어 회로(261, 262)가 있는 영역 위에 자성재료층(230)과 같은 높이로 절연층(265)을 형성할 수 있다. 대신에, 제어 회로(261, 262)가 있는 영역을 포함한 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)의 영역 전체를 자성재료층(230)으로 덮을 수도 있다. 자성 물질의 가격이 문제가 되지 않을 경우, 스핀코팅이나 다른 쉬운 공정으로 기판 전체를 자성 물질로 덮는 것이 공정상 간단하다. 자성재료층(230)으로 전체 영역을 덮고도 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)가 작동할 수 있는 데, 이는 자기장이 인가되는 공간에서만 자기모멘트가 배열되기 때문이다. 자성재료층(230)이 덮인 다른 부분들, 예를 들어 제어 회로(261, 262) 위쪽에는 인가되는 자기장이 거의 없으므로(또는 있더라도 매우 미세하므로) 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)를 작동하는데 있어서 영향이 없다.
도 15는 두 개의 공통 전극(225, 226)들이 동일 면상에서 와이어의 형태로형성된, 본 발명의 다른 실시예에 따른 한 서브화소(300)의 구조를 개략적으로 도시하며, 도 16은 이러한 서브화소(300)들이 배열된 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네틱 디스플레이 패널(350)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다.
먼저, 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널(350)은 하나의 공통된 제 1 투명 기판(210) 위에 2차원 배열된 다수의 서브화소(300)들로 구성될 수 있으며, 각각 다른 색의 컬러 필터를 갖는 서브화소(300R, 300G, 300B)들이 하나의 화소를 형성할 수 있다. 이때 컬러필터는 각 서브화소에 대응되도록 제 2 투명기판 위에 형성될 수 있다. 또한, 도 15에 확대되어 도시된 바와 같이, 상기 마그네틱 디스플레이 패널(300)의 서브화소(200)에서 상기 자성재료층(230)과 상기 자성재료층(230)에 자기장을 인가하기 위한 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)은 각각의 마그네틱 디스플레이 화소마다 하나씩 배치된다.
도 15는 제 1 투명기판(210) 상에 형성된 자성재료층(230), 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221), 제 1 및 제 2 제어 회로(261, 262)가 제 1 및 제 2 공통 전극(225, 226)과 서로 연결되어 있는 상태를 확대하여 3차원으로 도시하고 있다. 도 13에 도시된 실시예는 한 개의 판상의 공통 전극(225)이 자성재료층(230)을 중심으로 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)과 대향하는 구조인 반면, 도 15에 도시된 본 실시예는 두 개의 와이어 형태의 공통 전극(225, 226)이 각각 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)과 같은 면상에서 연결된다. 보다 자세하게는 같은 면상에서 상기 제1서브화소 전극(220) 은 제 1 공통 전극(225)에 연결되고, 상기 제 2 서브화소 전극(221)은 상기 제2 공통 전극(226)에 연결된다. 본 마그네틱 디스플레이 화소(300)에서는 상기 공통 전극(225, 226)과 상기 서브화소 전극(220, 221)들이 같은 면상에 형성되어 있으므로, 도 13에 도시된 제 1 도전성 스페이서(223) 및 제 2 도전성 스페이서(224)가 따로 필요하지 않다.
한편, 도 13과 도 15에서 보여준 제 1 서브화소 전극(220)과 제 2 서브화소 전극(221)을 이루는 와이어들 사이에 자성재료층(230)이 개재되어 있으면, 그 부분은 유도 자기장에 의하여 자기모멘트가 한 방향으로 배열되지 못할 수 있다. 이는 인접하는 와이어들 사이에서 자기장이 서로 상쇄되기 때문인 데, 자기모멘트가 배열되지 못하면 입사광을 투과시킬 수가 없어 디스플레이 화소로 작동이 곤란하다. 따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 상기 서브화소 전극(220, 221)들을 이루는 와이어들 사이에 광 투과성 절연재료(281)를 삽입시켜 서브화소 전극(220, 221)들의 와이어와 같은 높이 또는 더 높은 두께로 평탄화 하는 것이 좋다. 또한, 상기 공통 전극(225, 226)도 판상 구조, 나란한 와이어 구조, 또는 와이어 격자 구조일 수 있는데, 와이어나 격자 구조에서는 공통 전극(225, 226)을 구성하는 와이어들 사이에 광 투과성 절연재료를 삽입시켜 공통 전극(225, 226)을 구성하는 와이어와 같은 높이 또는 더 높은 두께로 평탄화 하는 것이 좋다. 또한, 도 13 및 도15에 도시된 마그네틱 디스플레이 화소(200, 300)에서 격자구조의 제 1 서브화소 전극(220) 과 제 2 전극(221)이 교차하는 지점은 전기적으로 떨어져야 하는 데, 제 1 서브화소 전극(220) 과 제 2 서브화소 전극(221) 사이에 박막절연체(282) 등을 삽입함으로써 그 목적을 달성할 수 있다.
또한, 도 15에 도시된 실시예에서는 제 1 공통 전극(225)으로부터 제 1 제어 회로(261)까지 연결되는 와이어의 길이와 제 2 공통 전극(226)으로부터 제 2 제어 회로(262)까지 연결되는 와이어의 길이를 같게 함으로써, 모든 전극 와이어들의 저항이 같게 하였다. 이것은, 각각의 전극 와이어들의 저항을 같게 함으로써, 각각의 전극 와이어에 흐르는 전류량을 같게 하고 자성재료층(230)에 균일한 자기장이 인가되게 하기 위함이다.
도 15의 제 1 서브화소 전극(220)과 제 2 서브화소 전극(221)은 와이어 형 태를 갖는 것으로 도시되었는 데, 와이어 대신 판상의 도전성 시트로 형성될 수도 있다. 이 경우 도전성 시트는 빛을 투과 시킬 수 있어야 하므로 ITO와 같이 투명한 도전체로 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 공통 전극(225)과 제 1 제어 회로(261) 사이 및 제 2 공통 전극(226)과 제 2 제어 회로(262) 사이도 역시 판상의 도전성 시트로 각각 연결될 수 있는 데, 상기 제 1 공통 전극(225)에서 제 1 제어 회로(261)로 연결되는 판상의 시트와 상기 제 2 공통 전극(226)에서 제 2 제어 회로(262)로 연결되는 판상의 시트는 전기적으로 떨어져 있는 것이 바람직하다.
지금까지 상술한 모든 서브화소 전극(220, 221), 공통 전극(225, 226) 그리고 도전성 스페이서(223, 224)는, 예컨대, In, Au, Sn, Pt, Pd, Al, Cu, Ag, Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, La 계열, 요오드 도핑된 폴리아세틸렌(iodine-doped polyacetylene)의 원소 중 적어도 하나를 포함하는 투명한 도전성 재료나 투명한 전도성 산화물, 또는 투명하지 않은 금속이나 금속 화합물 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 또한, 지금까지 상술한 모든 서브화소 전극(220, 221) 및 공통 전극(225, 226)들은, 예컨대, 탄소나노튜브(cabon nanotube)를 사용하여 형성될 수도 있다.
이미 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자(100)에서 상자성체 또는 초상자성체 물질을 자성재료층(120)으로 사용할 경우, 자기모멘트의 배열 방향을 계속적으로 변화시키기 위해서, 즉 빛의 투과량을 조절하기 위해서는 전류를 계속 흘려 주어야 한다. 반면에 강자성체 물질을 자성재료층(120)으로 사용할 경우에는, 빛이 투과되어야 할 상태에서 자성재료층(120)에 전류를 계속 흘려줄 필요가 없게 된다. 강자성체 물질의 자기모멘트는 외부자기장에 의해 한 번 정렬되면 그 외부자기장이 차단되어도 계속 정렬된 상태를 유지하기 때문에, 강자성체를 자성재료층(120)으로 사용할 경우 순간적으로 자성재료층(120)의 자기모멘트들이 정렬될 때까지만 표면 전류를 흘렸다 꺼 주면 된다.
그런데 본 발명의 능동형 반사 편광소자(100)를 마그네틱 디스플레이 화소에 적용할 경우 광학 밸브를 완전히 닫을 때 문제가 있을 수 있다. 따라서 본 발명의 또 다른 실시예는 도 13과 도 15에 도시된 마그네틱 디스플레이 화소(200, 300)의 외부 일측면에 편광판을 하나 더 구비할 수 있다. 도 17은 마그네틱 디스플레이 화소(200, 300)의 외부 일측면에 편광판을 하나 더 구비한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
위에서 언급한 것처럼 상자성체 또는 초상자성체 물질을 본 발명의 마그네틱 디스플레이 서브화소(400)의 자성재료층(230)으로 사용할 경우 자기모멘트의 배열 방향을 계속적으로 변화시키기 위해서 전류를 계속 흘려 주어야 한다. 왜냐하면 외부 자기장이 사라지면 상자성체 및 초상자성체 물질은 자기모멘트의 정렬상태가 곧바로 임의 정렬 상태가 되어 빛을 투과시키지 못하기 때문이다. 반면에 강자성체 물질을 자성재료층(230)으로 사용할 경우엔 자성재료층(230)의 자기모멘트들이 정렬될 때 까지만 표면전류를 흘렸다 꺼 주면 된다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 하나의 서브화소(400)는 제 1 투명기판(210), 상기 제 1 투명기판(210) 상부에 형성된 자성 재료층(230), 상기 제 1 투명기판(210)과 상기 자성재료층(230) 사이에 배치된 서브화소 전극(220, 221), 상기 자성재료층(230)의 상부 표면에 배치된 공통 전극(225), 상기 자성재료층(230)의 측면에 배치되어 상기 자성재료층(230)을 밀폐시키고 상기 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극 (225)을 전기적으로 연결시키는 도전성 스페이서(223), 상기 공통 전극(225) 위에 배치된 컬러 필터(240), 상기 컬러 필터(240) 위에 배치된 제 2 투명기판(250), 상기 제 1 투명기판(210) 하부에 배치된 외부 편광판(290)을 포함한다. 여기서, 하나의 제 1 및 제 2 투명 기판(210, 250)과 공통 전극(225)이 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 모든 화소(400)들에 대해 공통적이다. 도 17에는, 공통 전극(225)이 컬러 필터(240)의 표면에 배치되고 서브화소 전극(220, 221)이 제 1 투명 기판(210)의 내면에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극(225)의 위치는 서로 바뀔 수도 있다. 또한, 컬러 디스플레이가 아닌 흑백 디스플레이를 제공하고자 하는 경우에는 컬러 필터(240)가 생략될 수도 있다.
비록 도 17에는 도시되지 않았지만, 도 13 및 도 15의 실시예와 마찬가지로, 상기 서브화소 전극은 와이어 형태의 제 1 서브화소 전극(220)과 제 2 서브화소 전극(221)으로 구성되어 있으며, 와이어들 사이에는 광투과성 절연체가 채워져 있다. 또한, 도전성 스페이서 역시 제 1 서브화소 전극(220)과 연결되는 제 1 도전성 스페이서(223) 및 제 2 서브화소 전극(221)과 연결되는 제 2 도전성 스페이서(224)로 구성된다(도 14 참조). 도 15의 실시예와 같이 공통 전극을 와이어의 형태로 구성할 경우, 도전성 스페이서는 생략될 수 있다. 이 경우, 공통 전극은 제 1 서브화소 전극(220)과 연결되는 제 1 공통 전극(225) 및 제 2 서브화소 전극(221)과 연결되는 제 2 공통 전극(226)으로 구성된다(도 15 참조).
또한, 상기 제 1 및 제 2 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극(225) 사이의 전류 흐름을 스위칭하기 위하여, 자성재료층(230)에 인접하여 제 1 및 제 2 제어 회로(261, 262)가 배치된다. 예컨대, 상기 각각의 제어 회로(261, 262)는 액정 디스플레이 패널에서 통상적으로 사용하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 하나 이상 포함할 수 있다.
또한, 서브화소(400)의 가장자리 둘레를 따라서 수직한 격벽(270)이 형성되는 데, 상기 격벽(270)은 제 1 및 제 2 도전성 스페이서(223, 224)와 함께 제 1 및 제 2 투명 기판(210,250) 사이의 내부를 외부로부터 완전히 밀폐시키는 역할을 한다. 상기 제어 회로(261, 262), 격벽(270) 및 도전성 스페이서(223, 224)와 대향하는 제 2 투명 기판(250) 하부 영역에는 블랙 매트릭스(245)가 형성되는 데, 상기 블랙 매트릭스(245)는 제어 회로(261, 262), 격벽(270) 및 도전성 스페이서(223, 224)가 외부에서 보이지 않게 하는 역할을 한다.
도 17에는 구체적으로 도시되지 않았으나, 도 13의 실시예와 마찬가지로, 외부광의 반사 및 산란으로 인한 눈부심을 방지하기 위해, 자성재료층(230)으로부터 제 2 투명 기판(250)까지의 광학 표면 중 적어도 하나의 표면에 반사방지 코팅 또는 흡수형 편광자를 형성할 수도 있다. 예컨대, 자성재료층(230)과 공통 전극(225) 사이, 공통 전극(225)과 컬러 필터(240) 사이, 컬러 필터(240)와 제 2 투명 기판(250) 사이, 또는 제 2 투명 기판(250)의 상면에 반사방지 코팅 또는 흡수 형 편광자가 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)를 제작함에 있어서, 제어 회로(261, 262)가 있는 영역 위에 자성재료층(230)과 같은 높이로 절연층(266)을 형성할 수 있다. 대신에, 제어 회로(261, 262)가 있는 영역을 포함한 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)의 영역 전체를 자성재료층(230)으로 덮을 수도 있다. 자성 물질의 가격이 문제가 되지 않을 경우, 스핀코팅이나 다른 쉬운 공정으로 기판 전체를 자성 물질로 덮는 것이 공정상 간단하다. 자성재료층(230)으로 전체 영역을 덮고도 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)가 작동할 수 있는 데, 이는 자기장이 인가되는 공간에서만 자기모멘트가 배열되기 때문이다. 자성재료층(230)이 덮인 다른 부분들, 예를 들어 제어 회로(261, 262) 위쪽에는 인가되는 자기장이 거의 없으므로(또는 있더라도 매우 미세하므로) 마그네틱 디스플레이의 서브화소(200)를 작동하는데 있어서 영향이 없다.
요약하면, 도 17에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 하나의 서브화소(400)는, 도 13 또는 도 15에 도시된 서브화소(200, 300)에서 제 1 투명 기판(210)의 하부에 외부 편광판(290)을 더 배치한 것이다. 나머지 구성은 다른 실시예와 동일할 수 있다. 도 17에는 외부 편광판(290)이 제 1 투명 기판(210)의 하부에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 상기 외부 편광판(290)은 제 2 투명기판(250)의 상부에 형성될 수도 있다.
상기 외부 편광판(290)은 흡수형 편광판, 반사형 편광판, 능동형 반사 편광판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 외부 편광판(290)이 능동형 반사 편광판인 경 우, 이 외부 편광판(290)의 자기모멘트 배열 방향과 상기 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400) 내의 자성재료층(230)의 자기모멘트 배열 방향이 평행일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 수직일 때 입사 빛은 투과하지 못한다. 반면에 상기 외부 편광판(290)이 와이어 그리드 반사 편광판인 경우, 상기 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400) 내의 자성재료층(230)의 자기모멘트 배열 방향과 상기 와이어 그리드 배열 방향이 수직일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 평행일 때 입사 빛은 투과하지 못한다. 또한 외부 편광판(290)이 흡수형 편광판인 경우, 상기 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400) 내의 자성재료층(230)의 자기모멘트 배열 방향과 상기 흡수형 편광판의 편광축과 수직일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 평행일 때 입사 빛은 투과하지 못한다.
도 18a 내지 도 18c는 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 서브화소(400)의 작동 원리를 보여준다. 즉, 도 18a 내지 도 18c는 제 1제어 회로(261)와 제 2 제어 회로(262)의 작동에 따라 상기 자성재료층(230)에 인가되는 자기장의 방향이 상기 외부 편광판(290)의 자기장 방향과 얼마나 잘 정렬되는지를 보여 준다. 보다 쉽게 본 발명의 작동원리를 설명하기 위해, 도 18a 내지 도 18c 에 도시된 마그네틱 디스플레이 화소(400)는제 1 제어 회로(261), 제 2 제어 회로(262), 자성재료층(230), 상기 자성재료층(230) 하부에 배치되고 제1 및 제2 제어 회로(261, 262)에 각각 연결된 제 1서브화소 전극(220)과 제 2 서브화소 전극(221), 그리고 최하단에 배치된 외부 편광판(290) 만을 보여준다. 여기서 상기 외부 편광판(290)은 상술한 자성재료층을 갖는 능동형 반사 편광판인 경우이고, 외부 편광판(290)의 자성 재료층에 인가되는 자기장(295)의 방향은 y방향인 경우를 고려한다.
도 18a에서 보여주는 것처럼 제 1 제어 회로(261)의 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 전압이 인가될 때, 상기 박막 트랜지스터가 ON 되면서 제 1 서브화소 전극(220)에 전류가 x방향으로 흐르게 된다. 이 때 자성재료층(230)에 유도된 자기장(H-field)(296)은, 외부 편광판(290)에 인가되는 자기장(295)과 같은 y방향으로 형성된다. 이 경우에 광원에서 입사된 빛 중에서 상기 외부 편광판(290)의 유도 자기장 방향과 상기 자성재료층(230)의 유도 자기장 방향에 수직한 자기장 성분의 빛이 투과하게 된다. 반대로, 도 18c에서 보여주는 것처럼 제 2 제어 회로(262)의 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 전압이 인가될 때, 상기 박막 트랜지스터가 ON 되면서, 제 2 서브화소 전극(221)에 전류가 -y방향으로 흐르게 된다. 이 때 자성재료층(230)에 유도된 자기장(H-field)(296)은 x방향으로 형성된다. 이 경우에 상기 외부편광판(290)의 유도 자기장(295)의 방향과 상기 자성재료층(230)의 유도 자기장(296)의 방향이 서로 수직한 관계가 되기 때문에, 광원에서 입사된 빛 중에서 어느 편광성분의 빛도 투과할 수 없게 된다.
상술한 도 18a 및 도 18c의 경우, 자성재료층(230)에 유도된 자기장(296)의 방향이 외부 편광판(290)의 자기장(295) 방향과 평행이냐 수직이냐에 따라 빛이 반사되고 투과하게 된다. 빛의 반사 또는 투과 강도는 코사인 함수(cosine function)처럼 변하게 되는데, 이를 도 19에서 보여주고 있다. 예컨대 도 18b를 참조하면, 제 1 서브화소 전극(220)과 제 2 서브화소 전극(221)에 똑 같은 양의 전류를 동시에 흘려주면, 상기 자성재료층(230)의 자기장(296)은 도면에서 보여주는 것 처럼 xy방향으로 유도된다. 즉 x 방향에 대하여 시계방향으로 약 45도 세워진 방향으로 자기장이 유도되고, 그 방향으로 자성재료층(230)의 자기 모멘트가 배열되는 것이다. 따라서 외부 편광판(290)의 자기장 방향과 상기 자성재료층(230)의 자기장 방향은 45도 어긋난 상태가 되어, 빛의 투과 강도는 도 19에서 보여주는 것처럼 상기 외부 편광판(290)의 자기장 방향과 상기 자성재료층(230)의 자기장 방향이 일치할 때(도 18a)보다 낮아지게 되는 것이다. 이와 같이 제 1 서브화소 전극(220)과 제2 서브화소 전극(221)에 흐르는 전류의 양을 다르게 변경함으로써, 자성재료층(230)에 인가되는 유도 자기장의 방향을 y 방향에서부터 x 방향까지 연속적으로 조절할 수가 있고, 투과하는 빛의 세기를 코사인 함수(cosine function)처럼 조절할 수 있다.
이하, 도 20 및 도 21을 참조하여, 도 17에 도시된 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400)의 작동원리를 더욱 구체적으로 설명한다. 여기서, 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400)의 하면에 별도로 추가된 외부 편광판(290)은 반사형 또는 흡수형일 수도 있지만, 본 발명에서 사용하는 예제에서는 능동형 반사 편광자를 가지고 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400)의 작동원리를 설명한다. 또, 본 설명에서는 외부 편광판(290)은, 예컨대, 제 1 제어 회로(261)의 박막 트랜지스터에서 드레인 전류가 흐를 때, 자성재료층(230)에 유도된 자기장의 방향과 동일한 방향의 자기장이 형성되는 경우를 고려한다. 이 경우 예를 들어, 제 1제어 회로(261)의 박막 트랜지스터에서 드레인 전류가 흐를 경우 자성 재료층(230)을 투과하는 한 편광의 광은 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(400)의 하부에 부착된 외부 편광판(290)에서도 투과된다. 또한, 상기 자성 재료층(230)이 강자성체로 이루어진 경우만을 고려한다.
도 20은 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 화소(400)가 꺼져 있는 상태를 보여 준다. 여기서, 상기 마그네틱 디스플레이 화소(400)가 꺼졌다는 것은 본 마그네틱 디스플레이 화소(400)에 전류를 전혀 흐르지 않게 한다는 것을 의미 하지 않고, 전류는 흘리되 상기 자성 재료층(230)의 자기장 방향이 외부 편광판(290)의 자기장 방향과 수직을 이루어 빛이 전혀 투과하지 못하는 것을 의미한다. 상기 외부 편광판(290)의 자기장 방향은 제 1 제어 회로(261)가 ON되어 제 1 서브화소 전극(220)에 전류가 흐를 경우에만 자성재료층(230)의 자기장 방향과 평행 또는 역평행을 이루게 된다(도 18a 참조).
도 20에서는 제 1 제어 회로(261) 대신 제 2 제어 회로(262)에 전류가 흘러 상기 자성재료층(230)의 자기장 방향은 x축 방향으로 형성되고 외부 편광판(290)의 자기장 방향은 지면으로 들어가는 방향으로 자기장이 형성되어 서로 수직을 이룬다(도 18c 참조). 따라서 백라이트 광원(도시되지 않음)으로부터 발생한 빛 중 A편광의 빛이 외부 편광판(290)에서 반사될 때 A편광에 수직한 B편광의 빛이 상기 외부 편광판(290)을 통과할지라도, B편광의 빛은 자성재료층(230)에서 반사된다. 결과적으로 백라이트에서 발생한 광은 도 20에 도시된 바와 같이 마그네틱 디스플레이 화소(400)를 전혀 투과할 수 없게 된다.
한편, 외부광원의 A' 편광이 백라이트 광원의 A 편광성분과 같은 편광 방향의 것이라면, A' 편광은 상기 자성재료층(230)을 투과하게 되나 상기 외부 편광 판(290)에서 반사된다. 또한 백라이트 광원의 B 편광과 외부광원의 B' 편광이 같은 성분의 편광이라면, B' 편광은 상기 자성재료층(230) 표면에서 반사된다. 이렇게 반사된 B' 편광은 영상 형성에 기여하지 않고, 관찰자의 눈을 피로하게 할 수 있다. 따라서, 자성재료층(230)으로부터 제 2 투명 기판(250)까지의 광 표면 중 적어도 하나의 표면에, B' 편광만을 흡수하기 위한 흡수형 편광판을 배치하는 것이 가능하다. 또한, 도 13과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 자성재료층(230)으로부터 제 2 투명 기판(250)까지의 광 표면 중 적어도 하나의 표면에 반사방지 코팅을 형성할 수도 있다.
도 21에서는 마그네틱 디스플레이 화소(400)가 켜져 있는 상태를 보여 준다. 제 1 제어 회로(261)가 ON 이므로, 상기 자성재료층(230)의 자기장은 표면에서 지면으로 들어가는 방향으로 자기장이 형성되고, 외부 편광판(290)의 자기장 방향도 지면으로 들어가는 방향으로 자기장이 형성되어 서로 평행을 이루게 된다. 따라서 백라이트 광원에서 발생한 빛 중 A편광의 빛이 외부 편광판(290)에서 반사될 때, A 편광에 수직한 B 편광의 빛은 상기 외부 편광판(290)과 상기 자성재료층(230) 모두를 통과하게 된다. 결과적으로 백라이트 광 중에서, B 편광은 마그네틱 디스플레이 화소(400)를 투과할 수 있게 된다. 또한 도 21과 같은 조건에서는 외부광원의 광 중에서, B' 편광이 상기 자성재료층(230)과 상기 외부 편광판(290)을 모두 통과하게 되어 상기 마그네틱 디스플레이 화소(400)의 후면으로 빠져나올 수 있다.
도 21을 참조하면, 외부광원의 A' 편광은 상기 자성재료층(230)의 표면에 서 반사되어 항상 마그네틱 디스플레이 패널의 배경으로 존재하는 광이다. 이렇게 반사된 A' 편광은 영상 형상에 기여하지 않고, 관찰자의 눈을 피로하게 할 수 있다. 따라서, 자성재료층(230)으로부터 제 2 투명 기판(250)까지의 광 표면 중 적어도 하나의 표면에 반사방지 코팅(antireflection coating)을 하거나, A' 편광만을 흡수하기 위한 흡수형 편광판을 배치하는 것이 가능하다.
또한, 도 21에서 상기 자성재료층(230)과 상기 외부 편광판(290)을 모두 통과하여 상기 마그네틱 디스플레이 화소(400)의 후면으로 빠져나오는 외부광 B' 은 손실되는 광으로 보일 수 있다. 그리고, 아주 밝은 곳에서는 백라이트 유닛(BLU)에서 나오는 광 B를 줄이고 대신 B'를 잘 활용하는 것이 에너지절약 면에서도 좋을 수 있다. 따라서, 자성재료층(230)으로부터 외부 편광판(290)까지의 광 표면 중 적어도 하나의 표면에 반사판(도시되지 않음)을 부착하여 반사형, 반투과형, 또는 투과형으로 본 발명의 마그네틱 디스플레이 서브화소(400) 구조를 활용할 수도 있다.
도 22는 도 17에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소의 구조를 이용한 양면 디스플레이 패널의 개략적인 구조를 도시하는 단면도로서, 편의상 하나의 서브화소의 구조만을 도시하고 있다. 도 22를 참조하면, 백라이트 유닛(280)의 양면에 제 1 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a)와 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400b)가 각각 대칭적인 구성으로 배치되어 있다. 상기 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a,400b)의 구조는, 도 17에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400)와 완전히 동일하므로 상기 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a,400b) 각각의 구조에 대한 설명은 생략한다. 본 발명에 따르면, 백라이트 유닛(280)의 양면에 배치된 상기 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a,400b)들은 각각 개별적으로 ON/OFF 될 수 있을 뿐만 아니라 각각 개별적으로 자성재료층(230a ,230b)의 자기장 방향을 도 18a 내지 18c에서 설명한 것처럼 조절할 수가 있다.
도 22를 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a,400b)의 자기장 방향이 모두 x축 방향으로 유도되어 있고, 외부 편광판(290a, 290b)의 자기장 방향은 표면에서 지면으로 들어가는 방향으로 형성되어 있다. 따라서 백라이트(280)에서 나오는 빛의 편광 A 및 B는 상기 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a,400b)를 투과할 수 없다. 한편, 외부광원의 A' 편광은 자성재료층(230a, 230b)을 투과하나 외부 편광판(290a, 290b)에서 반사되고, 외부광원의 B' 편광은 상기 자성재료층(230a, 230b) 표면에서 반사 된다.
도 23은 본 발명에 따른 양면 디스플레이 패널의 또 다른 동작을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 23에서, 제 1 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a)는 ON 상태이고, 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400b)는 OFF 상태인 경우가 예시적으로 도시되어 있다. 이 경우, 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400b)가 OFF 상태이므로, 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400b)의 자성재료층(230b)에 입사하는 백라이트 유닛(280)으로부터의 광(A,B)과 외부광(A', B')은 모두 상기 외부편광판(290b)과 상기 자성재료층(230b)에 의해 반사된다.
반면, 제 1 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a)는 ON 상태에 있으므로, 백라이트 유닛(280)으로부터 제 1 투명 기판(210a)을 통해 자성재료층(230a)으로 입사하는 광 중에서, 상기 외부 편광판(290a)의 자기장 방향과 수직한 편광 성분의 광 B는 상기 외부 편광판(290a)을 통과한다. 그런 후 상기 광 B는 상기 외부 편광판(290a)의 자기장의 방향과 동일하게 자기모멘트가 배열된 상기 자성재료층(230a)도 통과하여 제 1 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a)의 영상 형성에 기여한다. 또한, 평행한 편광 성분의 광 A는 제 1 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a)의 상기 외부 편광판(290a)에 의해 반사된다. 상기 평행한 편광 성분의 광 A는, 제 1 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400a)의 외부 편광판(290a)에 의해 반사된 후, 제 2 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400b)의 외부 편광판(290b)에 다시 반사될 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛(280) 내에 확산판 또는 편광 컨버터 등을 마련할 경우, 반사된 평행한 편광 성분의 광 A를 무편광 상태의 광으로 바꾸어 재활용하는 것이 가능하다.
본 발명은 구부러지지 않는 딱딱한 평판 디스플레이에만 적용되는 것이 아니라 쉽게 휘어질 수 있는 플렉시블 디스플레이에도 적용될 수 있다. 종래의 액정 디스플레이 패널의 경우, 제조 공정 중에 고온 공정이 필요하기 때문에 고온에 약한 플렉시블 기판을 사용할 수 없어서, 플렉시블 디스플레이에 적용이 어려웠다. 그러나, 본 발명에서 핵심이 되는 자성재료층(230)은 약 130도 정도의 저온 공정으로도 제조가 가능하기 때문에, 플렉시블 디스플레이의 제조에 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널을 플렉시블 디스플레이에 적용 하기 위해서는 구성 요소들이 모두 플렉서블한 재료로 이루어져야 한다. 예컨대, 도 17을 참조할 때, 제 1 및 제 2 투명 기판(210,250)의 재료로서, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 광투과성 수지 재료를 사용할 수 있다. 또한, 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극(225, 226)으로서, 예컨대, 요오드 도핑된 폴리아세틸렌(iodine-doped polyacetylene)과 같은 도전성 폴리머 재료를 사용할 수 있다. 요오드 도핑된 폴리아세틸렌은 도전성이 은과 비슷한 정도로 매우 높지만 불투명하기 때문에, 종래의 액정 디스플레이 패널에서는 사용되지 않았다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 경우 서브화소 전극(220, 221)과 공통 전극(225, 226)은 투명하지 않아도 무방하다.
제어 회로(261, 262)의 경우, 통상적인 플렉서블 유기 EL 디스플레이(또는, 플렉서블 OLED 디스플레이)에서 주로 사용하는 공지된 유기 박막 트랜지스터(organic TFT)를 사용할 수 있다. 또한, 자성재료층(230)으로부터 제 1 투명 기판(210)까지의 광 표면 중 적어도 하나의 표면에 형성될 수도 있는 미러 또는 반투과 미러는 금속 미러가 아닌 유전체 미러로 이루어지는 것이 적당하다. 백라이트 유닛 역시, 에지형의 경우 상술한 플렉서블 광투과성 재료로 이루어진 플렉서블 도광판을 이용하여 구성될 수 있으며, 직하형의 경우 플렉서블 기판 위에 광원을 배열하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널을 신문처럼 한 번 보고 버릴 수 있는 플렉서블 디스플레이(paper like flexible display)에 적용하는 경우 에는, 광원으로서 백라이트 유닛 대신에 야광(glow) 재료를 사용할 수 있다. 예컨대, ZnS:Cu(copper-activated zinc sulfide) 또는 ZnS:Cu,Mg(Copper and magnesium activated zinc sulfide) 등과 같은 야광 재료를 백라이트 대신 광원으로서 사용할 수 있다.
또한, 플렉서블 디스플레이의 다른 예로서, 유기 박막 트랜지스터 대신에 무기 박막 트랜지스터(inorganic TFT)를 사용할 수도 있다. 무기 박막 트랜지스터는 구조가 딱딱하고 고온 공정이 요구되기 때문에, 이 경우 서브화소의 구조 내에서 트랜지스터 부분만을 분리하여 별도의 플렉서블 디스플레이 유닛과 제어부를 각각 제조한다. 도 24에는 이러한 플렉서블 마그네틱 디스플레이 패널의 하나의 서브화소(500)를 개략적으로 도시하고 있다. 도 24에 도시된 플렉서블 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소(500)는, 도 17에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400)와 비교할 때, 서브화소 내에서 제어 회로(261, 262)가 제거되었다는 차이가 있다. 도 24에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(500)의 나머지 구성은 도 17에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소(400)와 동일하다. 또한, 제 1 및 제 2 투명 기판(210,250), 서브화소 전극(220, 221) 및 공통 전극(225) 등의 재료로는 앞서 설명한 플렉서블한 재료를 사용한다.
이렇게 해서, 도 25에 도시된 바와 같이, 각각의 서브화소들을 구동시키기 위한 무기 박막 트랜지스터들로 이루어진 제어부(30)와 서브화소 내에서 트랜지스터와 같은 제어 회로(261, 262)가 제거된 별도의 플렉서블 디스플레이 유닛(40)이 제공된다. 제어부(30)는 각각의 서브화소들과 대응하는 다수의 무기 박막 트랜지스 터들로 구성되며, 플렉서블 디스플레이 유닛(40)과의 연결을 위한 제 1 커넥터(34)를 구비한다. 상기 제 1 커넥터(34)는 다수의 무기 박막 트랜지스터의 드레인으로부터 연장된 제어부측 서브화소 전극(33)들 및 소스로부터 연장되는 제어부측 공통 전극(31)과 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 플렉서블 디스플레이 유닛(40)은 상기 제어부(30)의 제 1 커넥터(34)와 결합되는 제 2 커넥터(41)를 구비한다. 제 2 커넥터(41)는 플렉서블 디스플레이 유닛(40)의 서브화소 전극(220, 221)들 및 공통 전극(225)과 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 상기 제 1 커넥터(34)와 제 2 커넥터(41)를 결합하면, 제어부(30)를 통해 플렉서블 디스플레이 유닛(40) 내의 각각의 서브화소(500)들의 ON/OFF 를 제어하는 것이 가능하다.
지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자의 전극이 판상인 경우의 구조를 예시적으로 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자 동작 원리를 설명해주는 도면이다.
도 4은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 능동형 반사 편광소자의 자성재료층의 개략적인 구조를 예시적으로 도시한다.
도 5은 도 4에 도시된 자성재료층의 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 자성재료층에 사용되는 자성 입자의 다른 구조를 예시적으로 도시한다.
도 7 및 도 8는 자성재료층의 다른 구조를 예시적으로 도시한다.
도 9는 외부 자기장이 인가되지 않은 경우에 자성재료층 내의 자기 모멘트들의 배열을 개략적으로 도시한다.
도 10 및 도 11은 자성재료층에서 자기장의 투과를 나타내는 그래프이다.
도 12는 자성재료층에서의 수직한 광과 평행한 광의 투과 비율을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다
도 14는 도 13에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소의 구조를 개략적으로 확대하여 3차원으로 보여주는 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소들이 배열된 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 구조를 개략적으로 도시하고 있다.
도 17은 마그네틱 디스플레이 화소의 외부 일측면에 편광판을 하나 더 구비한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 18a 내지 도 18c는 도 17에 도시된 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 서브화소의 작동 원리를 보여준다.
도 19는 도 18a 내지 도 18c에 도시된 동작에 따른 마그네틱 디스플레이 서브화소의 코사인 함수 형태의 빛의 반사/투과 강도를 나타내는 그래프이다.
도 20은 도 17에 도시된 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 화소가 꺼져 있는 상태를 보여 준다.
도 21은 도 17에 도시된 본 발명에 따른 마그네틱 디스플레이 화소가 켜져 있는 상태를 보여 준다.
도 22는 도 17에 도시된 마그네틱 디스플레이 패널의 서브화소의 구조를 이용한 양면 디스플레이 패널의 개략적인 구조를 도시하는 단면도이다.
도 23은 도 22에 도시된 본 발명에 따른 양면 디스플레이 패널의 또다른 동작을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉서블 마그네틱 디스플레이 패널의 한 서브화소의 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 25는 제어부와 디스플레이 유닛 사이의 연결 구조를 개략적으로 도시한 플렉서블 디스플레이의 개념도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
30....제어부 31....제어부측 공통 전극
33....제어부측 서브화소 전극 34....제 1 커넥터
40....플렉서블 디스플레이 유닛 41....제 2 커넥터
100....능동형 반사 편광소자 110,210,250....투명기판
120,230....자성재료층 122,126....자성입자
124....절연성 매질 122a....자성코어
122b....절연성 쉘
130, 132....제1 및 제 2전극
134, 136....전원 138, 140....판상 전극
200,300,400,500....마그네틱 디스플레이 화소
220,221....서브화소 전극 223,224....도전성 스페이서
225,226....공통 전극 240....컬러 필터
245....블랙 매트릭스 261,262....제어 회로
265....절연층 281....광투과성 절연재료
282....박막 절연체 290....외부 편광판
295,296....자기장

Claims (59)

  1. 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층; 및
    상기 자성재료층에 서로 다른 두 방향으로 자기장을 인가하기 위한 전극들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향에 평행한 자기장 성분의 빛은 자성재료층에서 반사되고, 수직한 자기장 성분의 빛은 자성재료층을 투과하는 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 서로 다른 두 방향의 자기장의 세기를 각각 다르게 함으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 기준점에서부터 90도까지 조절되는 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성재료층은, 자성 입자들이 투명한 절연성 매질 내에 매립되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 두께는 자성재료층의 자기 감쇠 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 자성재료층은 도전성을 갖는 자성체로 이루어진 자성 코어 및 상기 자성 코어 둘레의 절연성 쉘로 이루어진 코어-쉘 구조인 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연성 쉘은 상기 코어를 둘러싸는 투명한 절연성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연성 쉘은 상기 코어를 둘러싸는 폴리머 형태의 투명한 절연성 표 면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 능동형 반사 편광소자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 자성 코어를 형성하는 도전성 자성체는 철, 코발트, 니켈, 티타늄, 알루미늄, 바륨, 백금, 나트륨, 스트론튬, 마그네슘, 디스프로슘, 망간, 가돌리늄, 은, 구리 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나의 금속이거나 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 자성 코어를 형성하는 도전성 자성체는 강자성체, 상자성체 또는 초상자성체(superparamagnetic) 재료, 또는 초상자성체 특성을 가진 합금인 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 제 1 방향으로 자기장을 인가하는 제 1 전극과 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 자기장을 인가하는 제 2 전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전극은 격자형태로 패턴된 와이어 타입 또는 판상타입의 전극인 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 격자형태의 전극의 와이어들 사이에 광 투과성 절연재료가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 In, Au, Sn, Pt, Pd, Al, Cu, Ag, Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, La 계열, 요오드 도핑된 폴리아세틸렌의 원소 중 적어도 하나를 포함하는 투명한 도전성 재료나 투명한 전도성 산화물, 또는 투명하지 않은 금속이나 금속 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극은 탄소나노튜브(cabon nanotube)로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동형 반사편광소자.
  17. 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층;
    상기 자성재료층에 서로 다른 두 방향으로 자기장을 인가하기 위한 제 1 및 제 2 전극;
    상기 제 1 전극과 제 2 전극에 전기적으로 연결되는 공통 전극; 및
    상기 제 1 전극과 공통 전극 사이 및 제 2 전극과 공통 전극 사이의 전류 흐름을 스위칭하는 제어 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향에 평행한 자기장 성분의 빛은 자성재료층에서 반사되고, 수직한 자기장 성분의 빛은 자성재료층을 투과하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 의해 인가된 서로 다른 두 방향의 자기장의 세기를 각각 다르게 함으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 자기 모멘트들이 배열되는 방향은 기준점에서부터 90도까지 조절되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 자성재료층은, 자성 입자들이 투명한 절연성 매질 내에 매립되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 두께는 자성재료층의 자기 감쇠 길이보다 큰 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 자성재료층은 도전성을 갖는 자성체로 이루어진 자성 코어 및 상기 자성 코어 둘레의 절연성 쉘로 이루어진 코어-쉘 구조인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 절연성 쉘은 상기 코어를 둘러싸는 투명한 절연성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 절연성 쉘은 상기 코어를 둘러싸는 폴리머 형태의 투명한 절연성 표면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 자성 코어를 형성하는 도전성 자성체는 철, 코발트, 니켈, 티타늄, 알루미늄, 바륨, 백금, 나트륨, 스트론튬, 마그네슘, 디스프로슘, 망간, 가돌리늄, 은, 구리 및 크롬 중에서 선택된 어느 하나의 금속이거나 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 자성 코어를 형성하는 도전성 자성체는 강자성체, 상자성체 또는 초상자성체(superparamagnetic) 재료, 또는 초상자성체 특성을 가진 합금인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 전극에 의해 상기 자성재료층에 인가되는 자기장과 제 2 전극에 의해 상기 자성재료층에 인가되는 자기장은 서로 수직한 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극은 격자형태로 패턴된 와이어 타입 또는 판상타입의 전극인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 격자형태의 제 1 전극 및 제 2 전극의 와이어들 사이에 각각 광 투과성 절연재료가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  31. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어회로는 하나 이상의 박막트랜지스터(TFT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  32. 제 17 항에 있어서,
    상기 자성재료층의 측면에 배치되는 것으로, 상기 제 1 전극과 공통 전극을 전기적으로 연결하는 제 1 도전성 스페이서 및 상기 제 2 전극과 상기 공통 전극을 전기적으로 연결하는 제 2 도전성 스페이서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 제 1 및 제 2 도전성 스페이서와 전기적으로 연결되는 판상 시트이거나 또는 격자 구조의 와이어인 것을 특징으로 하는 마그네틱 마그네틱 디스플레이 화소.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 격자 구조의 공통 전극의 와이어들 사이에 광 투과성 절연재료가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  35. 제 17 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 와이어 형태로서 상기 제 1 전극 및 제 2 전극과 같은 면상에 형성되어 서로 연결된 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 제 1 전극과 전기적으로 연결되는 제 1 공통 전극 및 상기 제 2 전극과 전기적으로 연결되는 제 2 공통 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 1 공통 전극으로부터 제어 회로까지 연결되는 와이어의 길이와 상기 제 2 공통 전극으로부터 제어 회로까지 연결되는 와이어의 길이가 같은 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극, 및 상기 제 1 및 제 2 공통전극은 In, Au, Sn, Pt, Pd, Al, Cu, Ag, Mg, Zn, Sc, Hf, Zr, Te, Se, Ta, W, Nb, Si, Ni, Co, Mo, Cr, Mn, Hg, Pr, La 계열, 요오드 도핑된 폴리아세틸렌의 의 원소 중 적어도 하나를 포함하는 투명한 도전성 재료나 투명한 전도성 산화물, 또는 투명하지 않은 금속이나 금속 화합물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  39. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극, 및 제 1 및 제 2 공통전극은 탄소나노튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  40. 제 17 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마그네틱 디스플레이 화소의 일측면에 외부 편광판이 더 구비된 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 외부 편광판은 흡수형 편광판, 와이어 그리드 반사형 편광판, 외부 자기장이 인가되면 내부의 자기 모멘트들이 한 방향으로 배열되는 자성재료층을 갖는 능동형 반사 편광판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  42. 제 40 항에 있어서,
    상기 외부 편광판이 능동형 반사 편광판인 경우, 상기 외부 편광판의 자성재료층의 자화 방향과 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 자성재료층의 자화방향이 평행일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 수직일 때 입사 빛은 투과하지 못하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  43. 제 40 항에 있어서,
    상기 외부 편광판이 와이어 그리드 반사형 편광판인 경우, 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 자성재료층의 자화방향과 상기 와이어 그리드의 배열 방향이 수직일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 평행일 때 입사 빛은 투과하지 못하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  44. 제 40 항에 있어서,
    상기 외부 편광판이 흡수형 편광판인 경우, 상기 마그네틱 디스플레이 화소의 자성재료층의 자화방향과 상기 흡수형 편광판의 편광축과 수직일 때 입사 빛의 일부 편광성분이 투과되고, 평행일 때 입사 빛은 투과하지 못하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  45. 제 17 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마그네틱 디스플레이 화소의 배면과 전면에 각각 배치되는 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 자성재료층과 상기 제 2 투명 기판 사이에 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 자성재료층으로부터 상기 제 2 투명 기판의 외부 표면까지의 광학 표면 중 어느 하나의 표면에 배치된 흡수형 편광자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  48. 제 46 항에 있어서,
    상기 자성재료층으로부터 상기 제 2 투명 기판의 외부 표면까지의 광학 표면 중 적어도 하나의 표면에 형성된 반사방지 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  49. 제 45 항에 있어서,
    상기 제 2 투명기판의 일측면에서 상기 제어 회로와 대향하는 영역에 배치되는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 화소.
  50. 제 17 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들은 하나의 공통된 제 1 및 제 2 투명 기판 사이에 2차원 배열되며, 각각의 마그네틱 디스플레이 화소는 하나의 서브화소를 구성하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 서브화소들은 각각 다른 색의 컬러 필터를 갖고, 상기 서브화소들이 하나의 화소를 형성하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  53. 제 51 항에 있어서,
    상기 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들이 하나의 공통된 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판 및 공통 전극을 공유하며, 자성재료층과 상기 자성재료층에 자기장을 인가하기 위한 제 1 전극과 제 2 전극은 각각의 마그네틱 디스플레이 화소마다 하나씩 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 공통 전극은 상기 자성재료층 위에 판상으로 형성되거나, 또는 2차원 배열된 상기 마그네틱 디스플레이 화소들의 열과 행 사이에 와이어 형태의 전극으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  55. 제 51 항에 있어서,
    상기 마그네틱 디스플레이 패널은 상기 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판, 제 1 전극, 제 2 전극 및 공통 전극이 플렉서블한 재료로 이루어진 플렉서블 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 투명 기판은 광투과성 수지 재료로 이루어지며, 상기 제 1 전극, 제 2 전극 및 공통 전극이 도전성 폴리머 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  57. 제 55 항에 있어서,
    상기 마그네틱 디스플레이 패널은, 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들이 배열된 디스플레이 유닛 및 각각의 마그네틱 디스플레이 화소에 대해 제 1 전극, 제 2 전극 및 공통 전극 사이의 전류 흐름을 개별적으로 스위칭하는 분리된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 디스플레이 패널.
  58. 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛의 양면에 대칭적인 구성으로 배치되는 것으로, 제 17 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들을 구비하는 제 1 및 제 2 마그네틱 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 디스플레이 패널.
  59. 제 17 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 따른 다수의 마그네틱 디스플레이 화소들을 구비하는 마그네틱 디스플레이 패널을 채용한 전자기기.
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CN108572480A (zh) * 2018-04-25 2018-09-25 京东方科技集团股份有限公司 一种反射式显示面板及反射式显示装置

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