KR20100030681A - 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20100030681A
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Abstract

본 발명은, 유체(5) 중 하나, 예를 들어 오일은 제 1 상태에서 적어도 제 1 지지판(3)과 인접하며, 제 2 상태에서 다른 유체(6)는 상기 제 1 지지판에 적어도 부분적으로 인접하여 있는, 적어도 2개의 다른 상태를 갖는, 층의 브레이크업 (break up) 또는 층의 이동(displacement)에 기초하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 일 실시예에서, 화상 요소는 거의 밀폐된 공간에 대응하며 제 1 상태에서 다른 유체 층은 두 지지판에 거의 완전히 인접하며 2개의 하위 층으로 분할된다. 이것은 한편으로 저 전압을 사용하여 이동이 일어날 수 있게 할 수 있다. 다른 한편으로 이것은 컬러 디스플레이에 사용할 기회를 제공한다.

Description

디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간 내에 서로 혼합되지 않는 적어도 하나의 제 1 유체와 제 2 유체를 가지는 화상 요소를 포함하는 디스플레이 디바이스로서, 상기 유체 중 하나는 전도성 즉 극성이며, 상기 디바이스는 적어도 2개의 다른 상태를 생성하기 위한 수단을 포함하는, 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
본 발명은 스위칭 가능한 확산 디바이스에 더 관한 것이다.
TFT-LCD와 같은 디스플레이 디바이스는 랩탑 컴퓨터(laptop computer)에서 그리고 오거나이저(organizer)에서 사용되고 있지만 또한 GSM 전화에도 점차 더 널리 응용되고 있다. LCD 대신에, 예를 들어 (폴리머) LED 디스플레이 디바이스 또한 사용되고 있다.
지금까지 잘 확립된 이들 디스플레이 효과와는 별도로 페이퍼 화이트 응용(paper white applications)에 적합한 전기영동 디스플레이(electrophoretic displays)와 같이 다른 디스플레이 기술이 개발되고 있다.
확산 디바이스(diffusing device)는 카메라와 같은 몇몇 디바이스에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 적어도 2개의 다른 상태를 구비하며, 여기서 유체 중 하나는 제 1 상태에서 적어도 제 1 지지판에 인접하며 제 2 상태에서 다른 유체는 이 제 1 지지판에 적어도 부분적으로 인접하여 있다.
본 발명은 소위 층의 브레이크업(breakup) 그러나 다른 한편 층의 이동(displacement)이 사용될 수 있는 본 발명자에 의해 발견된 원리에 기초를 두고 있다. 본 발명은 이들 원리를 사용하는 새로운 방식을 제공한다.
예를 들어, (제 1) 유체가 (컬러) 오일이고 제 2 (다른) 유체가 (계면 장력으로 인해) 물이라면, 오일 층의 위에 물 층을 포함하는 두 개의 층 시스템이 제공된다. 그러나, 두 개의 층 사이에 전압이 인가되는 경우, 오일 층은 정전기력 (electrostatic forces)으로 인해 브레이크업(break up)된다. 물 부분이 이제 오일 층을 뚫고 들어가기 때문에 화상 요소는 부분적으로 투명하게 된다.
브레이크업 후에 남아 있는 (제 1) 유체 ((컬러) 오일)의 액적(droplet)에 의해 점유되는 면적 비율(fraction of area)만큼 그 콘트라스트는 제한된다. 일반적으로, 원래 유체 층의 두께에 따라 25-50%의 면적이 실현된다. 이것은 더 높은 전압을 인가함으로써 더 감소될 수 있으나, 이는 소비 전력을 크게 증가시킬 수 있다. 이상적으로, 유체, 이 경우에는 광학적으로 흡수 오일(optically absorbing oil)에 의해 점유되는 나머지 면적을 0%로 접근하게 하는 것이 좋을 것이다.
브레이크업 시에 그 면적 비율이 순간적으로 약 50%로 줄어드는 다른 제한이 있다. 그리하여 100%에 가까운 면적 비율을 얻는 것이 곤란하다. 그 결과 아날로그 그레이 스케일을 실현하는 것이 곤란하게 될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는, 소수성 층(hydrophobic layer)을 구비하는 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간 내에 서로 혼합되지 않는 적어도 하나의 제 1 유체와, 전기전도성 또는 극성인 제 2 유체를 구비하는 화상 요소를 포함하며, 상기 디바이스의 화상 요소는 인가된 전계가 없는 적어도 제 1 상태와, 인가된 전계가 있는 제 2 상태 사이에서 전기적으로 전환될 수(switchable) 있고, 상기 제 1 상태에서 상기 제 1 유체는 상기 화상 요소 내에서 확산되어 상기 제 1 지지판의 영역에 인접하고, 상기 제 2 상태에서 상기 제 2 유체는 상기 제 1 지지판의 상기 영역에 인접하고, 상기 제 1 유체는 상기 화상 요소의 측면으로 수축되며, 상기 상태들은 상기 영역 위에서 디스플레이 효과를 제공하고, 상기 영역은 상기 소수성 층의 영역이고, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태에서 상기 화상 요소의 공간에 한정된 구성을 갖는다.
제 1 실시예에서, 화상 요소는 한정된 공간(예를 들어, 거의 밀폐된 공간)에 대응하며 제 2 상태에서 다른 유체는 제 1 지지판에 거의 완전히 인접하여 있다. 본 발명의 다른 측면에 따라 이것은 균일하지 않은 전계(inhomogeneous electric field)를 적용하는 것에 의해 달성된다. 이 경우에, 층의 브레이크업(또는 이동)을 위한 임계 전계(threshold field)는 어떤 특정 위치에서만 초과할 수 있다. 이들 위치에서 오일 필름의 브레이크업(또는 이동)이 개시될 수 있다. 균일하지 않게 인가되는 전계는 여러 가지 방식으로 얻어질 수 있다.
이 목적을 위해 본 발명의 선호되는 제 1 실시예에서 제 1 지지판의 일부면과 전극 사이에 있는 유전 층이 두께에 있어 변화한다.
다른 실시예에서, 제 1 지지판의 일부면과 전극 사이의 유전 층이 가변적인 유전 상수(dielectric constant)를 가진다.
전계를 증가시키는 것에 의해 오일 필름의 브레이크업(또는 이동)을 위한 임계값이 지지판의 면적에 대해 이동되고 제어될 수 있다. 이것은 그레이 레벨(grey level)의 실현을 가능하게 한다.
다른 한편으로, 오일 필름의 브레이크업(또는 이동)은 제 1 지지판의 일부의 습윤율(wettability) 또는 제 1 유체 층의 두께를 변화시켜서 제어될 수 있다.
나아가, 전극 에지(edge)에 스트레이 전계 분포(stray field distribution)를 사용하는 것이나 또는 원하는 균일하지 않은 전계 분포를 제공하는 분할된 전극 구조를 심지어 디자인 하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 화상 요소는 한정된 공간에 대응하며 제 1 상태에서 다른 유체 층은 두 지지판에 거의 완전히 인접하여 있다. 사실, 다른 유체 층(오일 층)은 이제 2개의 하위 층으로 분할되며 이 하위 층은 각각 더 얇을 수 있다. 이것은 한편으로 더 낮은 전압을 사용하여 오일 필름 브레이크업(또는 이동)이 일어나게 할 수 있다. 다른 한편으로, 이것은 디스플레이를 착색할 기회를 제공하며 더 많은 다채로운 그레이 값(gray value)의 실현을 가능하게 한다.
이 목적을 위해 본 발명의 선호되는 실시예에서 화상 요소는 상기 공간을 적어도 2개의 서브 화상 요소로 분할하는 추가적인 벽부를 갖는 한정된 공간에 대응하며 여기서 제 1 상태에서 추가적인 다른 유체 층은 서브 화상 요소 내에 적어도 부분적으로 상기 제 1 지지판에 인접하여 있다. 상기 (추가적인) 다른 유체 층에 다른 컬러를 제공하는 것에 의해 컬러 디스플레이가 얻어진다.
브레이크업 후에 추가적인 유체에 의해 점유되는 나머지 영역을 얻기 위해 제 2 상태에서 다른 유체 층과 추가적인 다른 유체 층의 적어도 하나는 상기 공간의 벽부에 인접하여 있다. 상기 벽부에 인접한 두 하위 층의 물질이 서로 혼합되는 것을 막기 위해, 상기 디바이스는 다른 유체 층의 일부와 추가적인 다른 유체 층이 제 2 상태에서 상호 혼합되는 것을 방지하기 위한 수단을 바람직하게는 포함한다.
본 발명의 이들 측면과 다른 측면은 이하 기술되는 실시예를 참조하여 명백하며 명료하게 기술될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 일부 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 다른 일부 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 3 은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 일부 개략도.
도 4 는 본 발명에 따른 컬러 디스플레이 디바이스의 일부 단면을 도시하는 도면.
도 5, 도 6, 및 도 7 은 본 발명의 추가 실시예를 도시하는 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 다른 일부 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
본 도면들은 개략적인 것이며 축척에 맞지 않다. 대응하는 요소는 전체적으로 동일한 참조 부호에 의해 표시되어 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스(1)의 일부 단면을 개략적으로 도시한다. 2개의 투명 기판, 즉 제 1 지지판(3,7,8)과 제 2 지지판(4) 사이에는 서로 혼합되지 않는 제 1 유체(5)와 제 2 유체(6)가 제공된다. 제 1 유체(5)는 예를 들어 헥사데칸 (hexadecane)과 같은 알칸(alkane)이거나 또는 이 예에서와 같이 (실러콘 (silicone) 오일(oil)이다. 제 2 유체(6)는 전도성 즉 극성이며 예를 들어 물 또는 식염 용액(salt solution)(예를 들어, 물과 에틸 알코올을 혼합한 KCL 용액)이다. 제 1 상태에서, 외부 전압이 가해지지 않을 때(도 1a), 유체(5, 6)는 예를 들어 유리 또는 플라스틱 판(3,4)을 포함하는 제 1 지지판(3,7,8)과 제 2 투명 지지판(4)에 인접하여 있다. 유리 또는 플라스틱 판(3) 상에는 투명 전극(7), 예를 들어, 인듐(주석) 산화물이 제공되며 중간 소수성 층(intermediate hydrophobic layer)(8), 이 예에서 비정질 플루오로폴리머 (AF1600)가 제공된다.
본 발명자는 전압이 가해질 때 (전압원(9)) 층(5)이 작은 액적으로 브레이크업(도 1b에서 단편화된 필름)되는 것을 발견하였다. 이 브레이크업(breakup)은, 전기에너지 이득이 곡선면의 생성으로 인해 표면 에너지 손실보다 더 큰 경우 일어난다. 매우 중요한 측면으로서, 연속 필름과 단편화된 필름 사이의 가역적인 스위칭이 전기 스위칭 수단(전압원(9))에 의하여 달성되는 것이 발견되었다.
이 효과는, 전기광학효과(electro-optical effect), 특히 컬러 오일이 사용되는 경우, 디스플레이 효과에 사용될 수 있다. 이것은 광학적으로 활성 오일 (optically active oil), 예를 들어, 불투명하거나 반사성의 오일에 의해 달성된다. 다른 실시예에서, 광학적으로 활성 입자를 갖는 유체가 사용되거나 또는 염료 물질(dye material)이 오일에 용해된다. 전기 광학 효과는 예를 들어 LCD 기술로부터 알려진 바와 같은 백라이트(back light)를 사용하는 것에 의해 투명 방식으로 또는, 반사체(reflector) 또는 확산 반사체(diffusive reflector)를 사용하는 것에 의해 반사 방식으로 사용될 수 있다.
액적의 사이즈는 가해지는 전압에 따라 달라지며, 이는 원리적으로 중간 투과(또는 반사) 상태(그레이 레벨)를 생성할 수 있는 가능성을 제공한다. 그러나, 브레이크업 시에 면적 비율(area fraction)이 실제 순간적으로 약 50%로 줄어든다는 것이 또한 발견되었다. 그리하여 50% 및 100% 사이의 면적 비율을 얻는 것이 곤란하다. 그 결과, 이 특정 범위 내에 임의의 아날로그 그레이 스케일이 실현되는 것이 곤란하게 된다.
다른 한편, 브레이크업 후에 생기는 액적에 의해 점유되는 면적 비율에 의해 그 콘트라스트가 제한된다. (IC 드라이버에 의해 디스플레이를 구동하는 것을 고려하여) 실제 전압에서는 약 25%의 최소 면적 비율이 관찰되는 것을 본다. 이것은 더 높은 전압을 인가함으로써 더 줄어들 수 있으나, 이는 소비 전력을 크게 증가시킬 수 있고 또한 저 전압 IC 드라이버의 사용을 못하게 할 수도 있다.
이를 위해, 도 2의 실시예에서, 중간 소수성 층(8)이 중앙에 최소의 두께를 갖는 곡선 형태를 취하며, 이는 화상 요소(2)의 중앙에서 전계가 최대로 되는 것을 보장해 준다. 이 경우에, 반경 방향으로 (절연체(insulator))의 두께를 변경시키는 것에 의해) 그 전계가 변화된다. 임계 전계는, 절연체가 최소의 두께를 갖는 픽셀의 중앙에서 먼저 초과된다. 전계를 증가시킬 때, 가해지는 전계가 임계 전계와 같아지는 위치가 외부 방향(outward)으로 이동하여, 그리하여 오일을 픽셀의 측면으로 이동시킨다. 도 3의 개략도는 원 대칭이거나 또는 직사각형 형상 중 어느 하나를 갖는 픽셀의 단면을 보여준다. 이 경우에, 오일은 픽셀의 중앙에 있는 단일 지점으로부터 시작하여 링형 형상(ring-like shape)으로 외부 방향(outward)으로 밀릴 수 있다. 직사각형 픽셀에서, 우리는 오일 브레이크업이 라인을 따라 시작할 수 있도록 그리고 오일은 커튼 방식(curtain-like fashion)으로 외부로 밀리도록 실린더 슬라이스(slice of cylinder)와 같은 형상의 절연체를 생각할 수 있다.
층(8)의 이 곡선 형태를 도입함으로써, 광학적으로 흡수성 오일 층(5)은 광학적 활성이 더 이상 관련성이 없는 픽셀 내부 위치로 이동되며, 이 경우에는 픽셀의 측면(또는 뒷면)으로 이동된다. 특정 임계 전계(Et) 미만에서는, 브레이크업이 일어나지 않는 반면, Et보다 더 높은 전계에서는 오일 필름이 액적으로 브레이크업된다. 브레이크업은 절연체 두께(0.3-10㎛)의 광범위한 범위에 걸쳐 약 3V/㎛의 전계 강도에서 일어나는 것으로 관측되었다.
다른 예에서, 전극의 에지(edge)에 스트레이 전계 분포(stray field distribution)가 사용되거나 또는 원하는 균일하지 않은 전계 분포를 제공하는 특수 전극 구조(분할된 구조, 관통 구조)가 사용된다.
이 예에서, 오일 브레이크업이 고려되었지만, 유사한 논의가 유체의 이동에 기초하는 디바이스에도 적용된다. 다른 한편, (예를 들어, 불충분한 부피, 두께 변동 또는 접촉각으로 인해) 균일하지 않은 오일 층이 오일의 이동(또는 브레이크업)을 일으킬 수 있다.
두꺼운 오일 필름(5)에 대해 오일 필름이 브레이크업 되는 경우에 오일 필름의 두께는 더 이상 절연체(8)의 두께에 비해 무시할 수 없으며 더 높은 전압이 오일 필름의 브레이크업을 얻기 위해 필요하다. 그러므로, 이 원리는 (약 300㎚에 이르기까지는) 얇은 필름의 사용으로 제한된다. 그러한 두께의 필름에 대해 충분한 광 흡수율(optical absorption)을 가지는 것이 곤란하며, 이는 온 상태와 오프 상태 사이에 줄어든 광학적 콘트라스트를 생산한다.
이동의 경우에 픽셀에 걸쳐 변화하는 표면 장력을 효과적으로 야기하는 균일하지 않은 전계 분포가 사용된다. 이제, 총 시스템은 최저 표면 에너지를 갖는 위치(들)로 오일을 이동시키는 것에 의해 그 에너지를 낮출 수 있으며 우리는 오일 필름을 보이지 않게 이동시킬 수 있다. 이 원리는 얇은 오일 필름 뿐만 아니라 더 두꺼운 오일 필름에 대해서도 비교적 저 전압에서 작동하며 이는 오일 필름의 광학적 흡수성(optical absorptivity)에 대한 요구조건을 완화시킨다. 나아가, 이 원리는 그레이 값을 실현할 수 있게 한다.
다른 실시예가 도 4에 도시되며, 도 4 는 유체(물)(6)의 양 측면에 2개의 별도의 오일 층(5, 5')을 포함한다.
층(8, 8')의 물질(예를 들어, AF 1600과 같은 테프론)과는 다른 물질 중에서 픽셀 벽부(13)를 제조하거나 또는
Figure pat00001
(S 는 고체 장벽 물질(14)을 나타낸다)이 되도록 충분히 높은 표면 에너지를 갖는 그러한 물질(14)을 벽부(13)에 제공하는 것에 의해, 오일 필름은 장벽 또는 물질(14) 위에 형성되지 않는다. 이것은 상부 오일 필름(5')과 하부 오일 필름(5)은 제 1 상태 또는 제 2 상태 중 어느 하나에서도 결코 연결되지 않는다는 것을 의미한다. 각 층은, 상부(또는 하부) AF1600 층을 거쳐 관통-연결(도 4에서 전극12)에 의해 물(6)과 접촉함으로써 이제 독립적으로 스위칭될 수 있다. 실제 이것은 전극(12)에 의해 물(6)을 접지시키며 전극(7) 또는 전극(11) 중 어느 하나에 전압을 인가하는 것에 의해 행해질 수 있다. 이 디바이스는 확산 백색 반사체(diffuse white reflector)(15)를 더 포함한다. 보는 방향은 도 4에서 화살표 16으로 지시되어 있다.
위에 제공된 부등성이 적용되는 물질의 일부 예는 파릴렌(parylene), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 및 유리이다.
층(5, 5')에 다른 컬러를 제공하는 것에 의해 예를 들어 염료를 도입하는 것에 의해 컬러 디스플레이가 실현된다. 이것은 그 다음 예에서 설명된다.
예 1 - 3 컬러 디스플레이
도 5의 실시예에서, 오일(5)은 컬러 디스플레이를 실현하기 위해 다른 염료를 사용하는 것에 의해 다른 컬러를 가진다. 이 예에서, 예를 들어 3종류의 오일이 사용되는데, 다시 말해, 적색 층(5R), 녹색 층(5G) 및 청색 층(5B)이 도 5에 도시된 구성을 위해 최대 가능한 브라이트니스(brightness)를 얻기 위해 사용된다. 단일 픽셀은 흑색 흡수체(black absorber)(23)(백그라운드)와 2개의 서브 픽셀(A 및 B)을 포함하며, 각 서브픽셀은 도 4에 도시된 것과 유사한 구성을 갖는다. 제 1 상태에서 상부에 있는 오일 층(5B)은 서브 픽셀 각각의 절반을 커버한다. 이것은 층(8')(AF1600)의 표면 에너지를 국부적으로 변경하는 것에 의해 달성될 수 있다. 다른 유체, 이 경우에 물은 전극(12)을 통해 고정 전압, 예를 들어 접지(0V)에 있다고 가정한다.
이 구성에서 적색 컬러 픽셀을 얻기 위해, 적색 오일 층(5R) 아래에 있는 전극(17)은 접지(0V)되어야 하는 반면, 녹색 오일 층(5G) 아래의 전극(18)과 청색 오일 층(5B) 위의 전극(11)은 전압(V)을 인가하는 것에 의해 활성화되어야 한다. 녹색 층과 청색 층은 브레이크업 되거나 측면으로 이동하며 흑색 흡수체(23) 위의 서브 픽셀(B)이 투명하게 된다. 그 결과, 서브픽셀(A)이 적색으로 보이고 서브픽셀 (B)이 흑색으로 보이므로 총 픽셀이 적색으로 보인다. 최대 브라이트니스는 50%로 제한된다. 이 최대 브라이트니스는 최대 브라이트니스가 33%로 제한되어 있는 3개의 평행한 픽셀이 있는 구성에 비해 크게 향상된 것이다.
유사한 방식으로, 우리는 50%의 최대 브라이트니스를 갖는 녹색 픽셀과 50%의 최대 브라이트니스를 갖는 청색 픽셀을 얻을 수 있다. 전극에 가해지는 전압과 3원색의 컬러, 흑색과 백색 각각에 대한 최대 브라이트니스를 요약한 것이 아래 표 1에 주어져 있다.
컬러 전압전극 12 전압전극 17 전압전극 18 전압전극 11 브라이트니스 (%)
적색 0 0 V V 50
녹색 0 V 0 V 50
청색 0 V V 0 50
백색 0 0 0 0 가변적
흑색 0 V V V 0
백색 상태는 모든 컬러 층의 광을 동시에 반사하는 것에 의해 얻어진다. 그러나, 백색 상태의 컬러 분포는, 청색 층(5B)을 위해 선택된 사이즈에 크게 의존한다. 위 예에서, 청색 층은 픽셀의 절반을 차지한다. 그 결과, 녹색과 적색은 백색에 25%를 기여하며, 이것은 왜곡된 것처럼 보일 수 있다. 만일 청색 층이 총 면적의 33%를 커버하면, 백색 상태의 컬러 분포는 33%의 낮은 전체 반사율에도 불구하고 더 우수하게 보인다. 그러나, 이제 청색 상태는 50%가 아닌 33%의 최대 브라이트니스에 이르게 된다.
도 5에 도시된 바와 같은 구성은 일례로서 선택된다. 상부에 적색이나 녹색이 있는 다른 구성이 또한 사용될 수 있다. 사실, 상부에 최대 반사율을 갖는 컬러를 선택하는 것에 의해, 우리는 눈의 민감도(sensitivity)를 고려하여 및/또는 각 컬러에 의해 점유되는 다른 면적 사이즈에 의해 야기되는 컬러 왜곡을 줄일 수 있다.
예 2 - 3 컬러에 백색을 더한 디스플레이
예 1에서 발생하는 백색 상태에서 브라이트니스의 변동은 백색 오일을 사용하는 것에 의해 회피될 수 있다. 백색 오일은 예를 들어 오일 내에 산란 입자를 분산시켜서 얻어진다.
도 6에 도시된 구성은 그러한 백색 오일을 사용한다. 예 1에서와 유사한 방식으로 다른 컬러는, (오일(5R)의 적색 층 아래에 있는) 전극(17), (오일(5G)의 녹색 층 아래에 있는) 전극(18), (오일(5B)의 청색 층 위에 있는) 전극(19) 및 (오일 (5W)의 백색 층 위에 있는) 전극(20)에 전압을 제공하는 것에 의해 얻어진다. 그 결과는 표 2에 제시된다.
컬러 전압전극 12 전압전극 17 전압전극 18 전압전극 19 전압전극 20 브라이트니스 (%)
적색 0 0 V V V 50
녹색 0 V 0 V V 50
청색 0 V V 0 V 50
백색 0 V V V 0 50
흑색 0 V V V V 0
위 예에서와 같이, 컬러 순서는 필요한 경우 변경될 수 있다. 또한 예를 들어, 100% 반사하는 높은 브라이트니스의 백색 상태는, 흑색 흡수체(23)가 백색 반사체로 교체되며 서브 픽셀(B)의 상부에 있는 오일 층이 흑색인 경우에 달성될 수 있다. 그러나, 이 구성에서는, 컬러 또는 백색 상태 중 어느 하나에 있는 서브 픽셀(A)의 기여로 인해 만족스러운 흑색 상태가 얻어질 수 없다. 그러나, 이것은 얻어지는 콘트라스트를 감소시킨다.
예 3 - 감산 컬러 디스플레이
대안적으로 도 7에 도시된 바와 같이 감산 컬러(subtractive colors)가 사용될 수 있다. 만일 각 서브 픽셀 내부에 2개의 오일 층(5)이 사용되는 경우 서브 픽셀 당 하나의 원색 컬러가 달성될 수 있다. 만일 고정된 감산 컬러 필터(21)가 상부에 제공되는 경우, 디스플레이 성능에서 큰 향상이 얻어진다. 도 7에 도시된 픽셀은 3개의 서브 픽셀(A, B, 및 C)로 구성된다. 각 서브 픽셀에서, 감산 컬러 순서는 교대하며, 즉 서브픽셀(A)에 대해 M(마젠타), C(시안), Y(옐로우)와, 서브 픽셀(B)에 대해 C(시안), Y(옐로우), M(마젠타)와, 서브 픽셀(C)에 대해 Y(옐로우), M (마젠타), C(시안)로 교대한다.
이제 서브 픽셀 중 적어도 2개의 원색 컬러 각각을 만드는 것도 가능하다. 예를 들어, 서브픽셀(A)에서, 마젠타 컬러 필터 부분(21M)은 녹색을 흡수하며 (스위칭 가능한) 옐로우 바닥 오일 층(5Y)은 청색을 흡수한다. 적색을 흡수하는 상부 시안 오일 층(5C)이 투명 상태로 스위칭되는 경우, 적색 광은 백색 백그라운드 층(반사체(22))에 의해 반사되며 서브 픽셀(A)은 적색으로 보인다.
유사한 방식으로, 서브 픽셀(C)은 바닥 오일 층(5C)을 투명 상태로 스위칭하는 것에 의해 적색으로 보인다. 서브 픽셀(B)에 대해, 시안 컬러 필터(21C)는 적색을 흡수하며, 서브 픽셀(B) 내에 있는 오일 층(5Y, 5M)의 어느 것도 투명 상태로 스위칭되지 않는 경우, 서브 픽셀(B)은 흑색으로 보인다. 서브 픽셀은 충분히 작기 때문에 사람의 눈은 개개의 응답을 식별하지 못하며 총 픽셀만이 67%의 최대 브라이트니스를 갖는 적색으로 보일 것이다. 다른 컬러도 유사한 방식으로 얻어질 수 있다. 컬러와 대응하는 전압 상태를 요약한 것은 표 3에 제시된다.
전극 상의 전압
컬러 전극12 전극32 전극33 전극34 전극35 전극36 전극37 브라이트니스 (%)
적색 0 0 0 V V 0 0 67
녹색 0 0 V 0 0 0 V 67
청색 0 V 0 0 0 V 0 67
백색 0 V V V V V V 67
흑색 0 0 0 0 0 0 0 0
본 발명의 보호 범위는 전술된 실시예로 제한되지 않는다. 예를 들어, 층(6)은 (TiO2 용액을 사용하는 것에 의해) 산란하거나 (적절한 안료 용액을 사용하는 것에 의해) 반사하도록 선택될 수 있다. 구동 전압은 전극에 용량적으로 결합될 수도 있으며; 특히 전극(12)에 용량적으로 결합하는 것은 유체(5)의 저하를 방지한다. 하나 이상의 저장소(reservoir)는, 만일 그 저장소 내 유체의 부피가 온도, 압력 또는 다른 원인으로 인해 변동하는 경우, 유체(들)의 오버플로우 또는 공급을 위해 병합될 수 있다.
마지막으로 도 8 은 픽셀 벽부(13)가 전체 픽셀 두께에 걸쳐 연장하여 있지 않는 실시예를 도시한다. 오일 필름(5)은 매우 안정한 것으로 보이며, 이것은 픽셀 사이즈가 감소함에 따라 휠씬 더 향상된다. 그래서 스위칭 동안 오일은, 그 벽부가 오프 상태의 오일 필름의 두께의 높이에 두 배 한 것보다 더 작지 않은 한, 각 면적에 한정되게 유지된다. 이것은, 공통 채널이 유체(6)에 대해 사용될 수 있다는 것을 의미하며 이는 디스플레이 제조 및 구동을 간단하게 한다. 이때 액체에 전기적으로 하나의 접촉만이 외부적으로 만들어질 수 있다. 다른 참조 부호는 도 4에 있는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명은, 또한 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간으로 한정되는 공간인, 화상 요소의 공간 내에 서로 혼합되지 않는 적어도 하나의 제 1 유체와 제 2 유체를 가지는 화상 요소를 포함하며, 상기 제 2 유체는 전기전도성이거나 극성이고, 상기 디바이스의 화상 요소는 인가된 전압이 없는 적어도 제 1 상태와 인가된 전압이 있는 제 2 상태 사이에서 전기적으로 전환될 수 있고, 제 2 상태에서, 제 2 유체는 제 1 지지판의 영역에 인접하고, 제 1 상태에서 제 1 유체는 제 1 지지판의 상기 영역에 인접하며, 상기 제 1 유체는 제 1 유체층을 형성하고 제 2 유체는 제 1 유체 층 위에 제 2 유체층을 형성하며, 상기 제 1 유체층은 제 2 유체층과 제 1 지지판 사이에 배열되고, 상기 상태들은 상기 영역 위에서 디스플레이 효과를 제공하며, 제 1 유체는 제 1 상태와 제 2 상태에서 상기 화상 요소의 공간에 한정되는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
화상 요소는 바람직하게는 화상 요소의 공간의 높이보다 더 작은 높이를 갖는 픽셀 벽부들을 구비한다. 제 2 상태에서 제 1 유체는 바람직하게는 제 1 지지판과 이 제 1 지지판의 영역으로 한정되는 제 2 지지판 사이의 공간에는 존재하지 않는다. 상기 디스플레이 디바이스는 바람직하게는 중간 상태들을 얻기 위해 드라이버를 포함한다.
본 발명은 각 새로운 특징적 특성과 각 특징적 특성의 각 조합에 있다. 청구항에 있는 참조 부호는 그 보호 범위를 한정하지 않는다. "포함하는"이라는 동사와 그 활용형을 사용한다 해도 청구항에 언급된 요소와 다른 요소의 존재를 배제하는 것은 아니다. 요소 앞에 있는 "하나" 또는 "하나의"라는 단어를 사용한다고 해서 그 요소를 복수개 사용하는 것을 배제하는 것은 아니다.
전술된 바와 같이, 본 발명은, 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간 내에 서로 혼합되지 않는 적어도 하나의 제 1 유체와 제 2 유체를 가지는 화상 요소를 포함하는 디스플레이 디바이스에 이용 가능하다.
1 : 디스플레이 디바이스 3 : 투명 기판 또는 지지판
4 : 투명 기판 또는 지지판 5 : 제 1 유체
6 : 제 2 유체 7 : 투명 전극
8 : 중간 소수성 층 9 : 전압원
13 : 픽셀 벽부 14 : 장벽 물질
15 : 확산 백색 반사체 21 : 필터
22 : 반사체 23 : 흡수체

Claims (39)

  1. 디스플레이 디바이스로서,
    소수성 층(hydrophobic layer)을 구비하는 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간 내에 서로 혼합되지 않는 적어도 하나의 제 1 유체와, 전기전도성 또는 극성인 제 2 유체를 구비하는 화상 요소를 포함하며,
    상기 디바이스의 화상 요소는 인가된 전계가 없는 적어도 제 1 상태와, 인가된 전계가 있는 제 2 상태 사이에서 전기적으로 전환될 수(switchable) 있고,
    상기 제 1 상태에서 상기 제 1 유체는 상기 화상 요소 내에서 확산되어 상기 제 1 지지판의 영역에 인접하고,
    상기 제 2 상태에서 상기 제 2 유체는 상기 제 1 지지판의 상기 영역에 인접하고, 상기 제 1 유체는 상기 화상 요소의 측면으로 수축되며,
    상기 상태들은 상기 영역 위에서 디스플레이 효과를 제공하고, 상기 영역은 상기 소수성 층의 영역이고, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태에서 상기 화상 요소의 공간에 한정되는(confined),
    디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 상기 화상 요소의 공간에 한정되는, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 상태에서 상기 제 1 유체는 상기 제 1 지지판과 상기 제 1 지지판의 상기 영역으로 한정된 상기 제 2 지지판 사이의 부피에는 존재하지 않는, 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 상태에서 상기 제 2 유체는 상기 제 1 유체 위에서 유체층을 형성하고, 상기 제 1 유체는 상기 제 2 유체층과 제 1 지지판 사이에 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 유체는 제 1 유체층을 형성하는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 여러 화상 요소에 걸쳐 공통인 층을 형성하는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 디바이스는 화상 요소 내에 상기 제 1 지지판의 일부 면에 균일하지 않은 전계를 생성하기 위해 균일하지 않은 전계 생성 수단을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 균일하지 않은 전계는 상기 화상 요소의 측면으로 제 1 유체를 이동시키기 위해 인가되는, 디스플레이 디바이스.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 지지판의 일부 표면과 전극 사이에 있는 유전층은 두께가 변화하거나 가변적인 유전 상수(dielectric constant)를 가지는, 디스플레이 디바이스.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 지지판의 일부면은 가변적인 습윤율(wettability)을 가지거나, 상기 제 1 유체 층은 가변적인 두께를 가지는, 디스플레이 디바이스.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 균일하지 않은 전계를 생성하기 위한 전극 구조를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  12. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 에지를 가지는 전극을 포함하고, 상기 에지의 스트레이 전계는 균일하지 않은 전계를 형성하는, 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태와 제 2 상태에서 상기 제 1 및 제 2 지지판들 중 어느 하나의 지지판에만 인접하는, 디스플레이 디바이스.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 7 항에 있어서, 화상 요소는 한정된 공간에 대응하며 상기 제 2 상태에서 상기 제 2 유체는 상기 제 1 지지판에 실질적으로 전체적으로 인접하는, 디스플레이 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 화상 요소는 다른 제 1 유체를 포함하는 한정된 공간에 대응하며 상기 다른 제 1 유체는 다른 제 1 상태에서 상기 제 2 지지판에 인접하는 다른 제 1 유체 층을 형성하는, 디스플레이 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 화상 요소는 상기 공간을 적어도 2개의 서브 화상 요소(sub-picture element)들로 분할하는 벽부를 가지며, 상기 제 1 상태에서 상기 다른 제 1 유체층은 상기 서브 화상 요소들 내에 적어도 부분적으로 상기 제 2 지지판에 인접하여 있는, 디스플레이 디바이스.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 유체층과 상기 다른 제 1 유체층은 서로 다른 컬러를 가지는, 디스플레이 디바이스.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 상태에서 상기 제 1 유체층과 상기 다른 제 1 유체층 중 적어도 하나의 유체층은 상기 공간의 벽부에 인접하여 있는, 디스플레이 디바이스.
  19. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스에 입사하는 광을 흡수하거나 반사하도록 구성된 흡수체(absorber)나 반사체(reflector)를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  20. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스플레이 디바이스에 입사하는 광을 반사하도록 구성된 반사체를 포함하며, 상기 반사체는 확산성(diffusive)인, 디스플레이 디바이스.
  21. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 산란성, 반사성 또는 흡수성 유체인, 디스플레이 디바이스.
  22. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 산란성 유체이며, 이 산란성 유체는 TiO2를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  23. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 컬러 필터를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  24. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체들은 안료(pigment)를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 상기 안료를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  26. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산란성 입자는 상기 제 1 유체 및/또는 상기 제 2 유체 내에 포함되어 있는, 디스플레이 디바이스.
  27. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유체는 상기 화상 요소의 상기 상태들 중 어느 한 상태에서 상기 제 1 지지판에 인접하는, 디스플레이 디바이스.
  28. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 지지판의 부분은 상기 제 1 상태와 상기 제 2 상태에서 제 1 유체에 인접하는, 디스플레이 디바이스.
  29. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 요소는 상기 제 1 상태와 제 2 상태 사이에서 상기 제 1 유체를 전환(switching)하기 위해 정전력(electrostatic force)을 사용하도록 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  30. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 유체는 상기 제 1 상태로부터 상기 제 2 상태로의 전환 시에 상기 제 2 유체로 대체되기 위해 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  31. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 상태에서 상기 제 1 유체와 제 2 유체는 실질적으로 상기 화상 요소의 크기에 걸쳐서 서로 인접하는, 디스플레이 디바이스.
  32. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체와 접촉하는 전극을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 전극은 상기 제 1 지지판 상에 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 전극은 상기 지지판 상에 배열된 층을 관통하는 관통 연결부(through-connection)에 의해 연결되는, 디스플레이 디바이스.
  35. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체와 상기 전극 사이에 전계를 생성하기 위한 전극이 상기 제 1 지지판 상에 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  36. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화상 요소는 상기 상태들 중 어느 하나의 상태에서 부분적으로 투명하고 부분적으로 반사하는, 디스플레이 디바이스.
  37. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 보는 방향(viewing direction)을 가지며, 상기 지지판들 중 하나는 이 보는 방향과 마주하고 상기 제 1 유체는 상기 지지판에 인접하여 있는, 디스플레이 디바이스.
  38. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 이온을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 제 2 유체는 이온성 액체인, 디스플레이 디바이스.
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