KR20110043647A - 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캡슐화된 화소를 갖춘 디스플레이 장치에 관한 것으로, 이 장치는 2가지 이상의 광학상태를 갖는 광학소자; 2개 이상의 전극; 상기 전극들 사이에 전압차를 일으켜, 광학소자가 제1 광학상태에서 제2 광학상태로 바뀌도록 하는 드라이버; 및 캡슐화된 화소를 밀봉하는 밀봉층;을 포함하고, 드라이버의 2차인덕터는 전극에 연결되어 있으면서 전원에 연결된 외부의 1차인덕터와 유도결합한다. 본 발명의 디스플레이 장치는 캡슐화된 화소들의 어레이를 더 포함하고, 밀봉층이 화소들을 개별적으로 캡슐화한다.
Description
본 발명은 비주얼 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 캡슐화에 의해 주변에서 보호되는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
비주얼 디스플레이 장치(VDU; visual display unit)는 정보를 시각적으로 제시하는데 사용되는 것으로, TV세트, 컴퓨터 모니터 등이 있는데, 이런 장치는 전기신로를 받아 시각적인 영상으로 변환하여 스크린에 보여준다.
예를 들어 LCD와 같은 디스플레이 장치는 많은 화소로 구성되고, 이런 화소는 이산 광학소자이다. 이런 광학소자의 광학상태는 전압에 따라 변한다. 화소의 분극현상, 산란각, 반사율과 같은 광학특성은 광학상태에 좌우된다. 디스플레이의 화소에 전압을 선택적으로 걸어주면, 비주얼 영상을 제공할 수 있다.
액정과 같은 능동 광학소자들은 시간이 갈수록 열화된다. 주변의 공기와 습기에 노출되면 이런 열화가 가속되는데, 특히 산화가 일어날 경우 더 가속된다. 일반적으로, 광학소자들은 양쪽 기판에 의해 주변으로부터 보호된다. 이런 기판들은 유리나 플라스틱 층, 편광층, 정렬층, 컬러필터, 전극과 같은 여러가지 기능층들을 포함할 수 있다. 광학소자에 여기전압을 공급하는 전극은 도선을 통해 외부 전원에 연결된다.
보호층을 뚫고 전선을 연결하면 누설채널이 생기고, 이를 통해 공기누설이 일어나 광학소자의 열화를 가속한다.
디스플레이의 또다른 열화 원인은 여기전압 자체인데, 구체적으로 액정과 같은 광학소자는 전압에 의해 전기분해되어 열화된다. 이런 문제를 해결하기 위한 경제적이고 효과적인 방법을 개발하는데 많은 노력과 시간이 기울여졌다. 예를 들어, 어떤 시스템에서는 여기전압의 극성을 주기적으로 바꾸어 시간이 갈수록 광학소자에 걸리는 순전압이 0으로 되도록 하는 방법이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 주변의 영향과 전기분해에 의한 열화로부터 광학소자를 보호하는 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 캡슐화된 화소를 갖춘 디스플레이 장치에 관한 것으로, 이 장치는 2가지 이상의 광학상태를 갖는 광학소자; 2개 이상의 전극; 상기 전극들 사이에 전압차를 일으켜, 광학소자가 제1 광학상태에서 제2 광학상태로 바뀌도록 하는 드라이버; 및 캡슐화된 화소를 밀봉하는 밀봉층;을 포함하고, 드라이버의 2차인덕터는 전극에 연결되어 있으면서 전원에 연결된 외부의 1차인덕터와 유도결합한다. 본 발명의 디스플레이 장치는 캡슐화된 화소들의 어레이를 더 포함하고, 밀봉층이 화소들을 개별적으로 캡슐화한다.
또, 1차인덕터가 특정 2차인덕터와 공진하는 것으로 알려진 진동주파수를 선택하여 화소들을 구동할 수 있도록 상기 화소 각각이 특성 공진주파수를 갖는 것이 바람직하다. 또, 광학소자가 2가지 이상의 안정적인 광학상태를 가져, 전압차가 없어지면 광학소자가 제2 광학상태에 남아있는 것이 바람직하다. 또, 광학소자로는 액정이 좋고, 밀봉층이 절연코팅을 포함하는 것이 좋다. 밀봉층의 재료로는 유리, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합이 좋다. 또한, 전극이나 2차 인덕터가 투명한 도체를 포함할 수도 있다. 또, 1차인덕터와 2차인덕터 사이에 유도결합 효율을 높이기 위한 강자성체를 배치할 수도 있다.
본 발명은 또한 디스플레이 장치의 캡슐화된 화소를 제조하는 방법에 관한 것이기도 한데, 이 방법은 제1 투명도체를 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계; 제1 투명도체로부터 제1 전극을 제조하는 단계; 제1 투명도체에 제1 인덕터를 형성하는 단계; 제2 투명도체를 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계; 제2 투명도체로부터 제2 전극을 제조하는 단계; 제2 투명도체에 제2 코일을 형성하는 단계; 제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계; 제1 기판과 제2 기판 사이에 능동 광학소자를 배치해 화소를 형성하는 단계; 및 화소를 밀봉층으로 캡슐화하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 제2 투명 도체에 제2 인덕터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또, 전극으로는 대상전극이 바람직하다.
또, 전극이나 인덕터를 제조할 때 도체에 인쇄하거나 에칭하여 형성하는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡슐화된 디스플레이 장치의 주요 요소들을 보여주는 블록도;
도 2는 본 발명에 따라 캡슐화된 디스플레이 장치의 2가지 화소를 보여주는 도면;
도 3은 본 발명에 따라 밀봉층으로 주변과 밀봉되어 캡슐화된 유도결합형 화소의 사시도;
도 4는 화소드라이버의 전류회로도;
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 캡슐화된 화소를 제조하는 방법의 순서도.
도 2는 본 발명에 따라 캡슐화된 디스플레이 장치의 2가지 화소를 보여주는 도면;
도 3은 본 발명에 따라 밀봉층으로 주변과 밀봉되어 캡슐화된 유도결합형 화소의 사시도;
도 4는 화소드라이버의 전류회로도;
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 캡슐화된 화소를 제조하는 방법의 순서도.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캡슐화된 디스플레이 장치(100)의 주요 요소들을 보여주는 블록도이다. 이 디스플레이 장치(100)는 다수의 화소(120)를 포함한다.
화소(120)마다 화소드라이버(140)에 연결된 2개의 전극(124a~b) 사이에 광학소자(122)가 배치된 구성을 취한다. 화소(120)와 화소드라이버(140) 둘레를 캡슐화 밀봉층(160)으로 밀봉한 것이 본 발명의 특징이다.
광학소자(122)는 액정처럼 2가지 이상의 물리적 상태를 취할 수 있는 광활성 물질을 포함하여, 광학적 특성이 광학소자의 상태에 따라 변한다. 드라이버(140)는 전극(124)에 스위칭 전압을 공급하고, 스위칭 전압이 임계치를 넘으면 광학소자의 광학상태가 제1 광학상태에서 제2 광학상태로 변한다. 예를 들면, 스위칭 전압이 분극효과를 일으키고, 이때문에 액정을 지나는 빛의 일부가 흡수되어, 결국 전압에 따라 액정을 통과하는 빛의 강도가 변하게된다.
어떤 경우에는, 광학요소가 단안정 물질이어서, 스위칭 전압이 임계치보다 높기만 하면 능동적으로 제2 광학상태를 유지할 수 있다. 당업계에 알려진 수많은 단안정 디스플레이 기술의 일례로는 산란장치, TN(twisted nematic) 장치, STN(super-twisted nematic) 장치, VAN(vertically aligned nematic) 장치, IPS(in-plane switching), ECS(electrically controlled surfaces) 등이 있다.
바람직한 것은, 제1, 제2 광학상태 모두 안정적인 쌍안정 물질을 광학요소로 사용하는 것이다. 쌍안정 장치에서는 스위칭 전압에 의해 광학요소가 제1 안정 광학상태에서 제2 안정 광학상태로 바뀌고, 스위칭 전압이 없어지면 제2 광학상태로 유지된다. 기존에 알려진 쌍안정 디스플레이 기술로는 FLC(ferroelectric liquid crystal) 장치, BiNem 장치, ZBD(zenithally bistable devices), PABN(post-aligned bistable displays), CLCD(cholesteric liquid crystal devices) 등이 있다.
도 2는 본 발명에 따라 캡슐화된 디스플레이 장치의 화소로 영상을 구성하는 2가지 방법을 보여준다. 도 2a는 포켓용 계산기, 디지탈 시계, 자동차 대시보드 등의 각종 숫자판 디스플레이에 사용되는 간단한 7-구간 디스플레이(200)를 보여준다. 각 구간을 이루는 전극 구간(224)마다 전용 화소드라이버(도시 안됨)에 연결되어, 숫자나 문자나 아이콘 등을 형성하는데 사용된다.
도 2b는 TV 스크린이나 컴퓨터 모니터와 같은 고해상 디스플레이에 사용되는 도트 매트릭스(300)를 보여준다. 매트릭스 구동법에 의해 화소도트 매트릭스로부터 문자나 영상을 만들 수 있다. 매트릭스의 화소(320)는 구간구동법의 구간과 마찬가지로 전용 드라이버에 의해 직접 구동된다. 그러나, 화소가 n행 m열 있다면, 직접구동법은 n x m 연결을 필요로 한다. 따라서, 화소수가 증가할수록 전용 드라이버의 배선도 점점더 복잡해진다.
한편, 소위 매트릭스 구동법을 사용할 수도 있다. 수직 신호전전극인 열 전극(322)과 수평 주사전극인 행 전극(323)의 교차점에 화소들을 배열한다. 따라서, 각각의 행에 있는 모든 화소들이 하나의 기판에서 서로 연결되고, 각각의 열에 있는 모든 화소들도 반대쪽 기판에서 서로 연결된다. 화소를 스위칭하기 위해, 이 화소를 포함한 행에 전압 +V을 걸어준 다음, 이 화소를 갖는 열에 반대 전압 -V을 걸어주되, 스위칭할 필요가 없는 열에는 아무 전압도 걸지 않는다. 즉, n x m 개의 연결 대신에, n+m 연결이 필요할 뿐이다.
전극과 연결선들로 인해 광학소자에 대한 뷰어의 시선이 방해받는 경우, ITO(indium tin oxide)와 같은 투명한 도체로 전극을 만드는 것이 좋다고 본다.
캡슐화 디스플레이 장치의 밀봉층(160)은 광학소자(122)가 공기중의 노출과 산화를 통해 약화되지 않도록 한다(도 1 참조). 본 발명에 따른 밀봉층(160)은 화소를 각각 둘러싸거나, 다수의 화소나 전체 화소를 한꺼번에 둘러쌀 수 있다. 일반적으로, 밀봉층(160)은 유리, 세라믹, 폴리머, 에폭시, 래커, 실리콘계 아교, RTV 등과 같이 절연성을 갖고 화소나 화소군의 표면에 코팅된다.
이런 절연코팅 때문에 도전로가 전혀 형성되지 않으므로, 도 1의 화소드라이버(140)는 절연층을 통해 유도결합으로 전력을 받게된다.
이런 유도결합을 통해 유선연결 없이도 전원으로부터 부하로 에너지가 전달될 수 있는데, 이때 보통은 전원은 1차코일에 연결되고, 1차코일에는 교류전압이 걸리므로, 진동 자기장이 유도된다. 진동 자기장은 1차코일에 직접 연결되지는 않고 가까이 있는 2차코일에 진동 전류를 유도한다. 이런 식으로, 2개 코일을 연결하지 않고도 전자기유도에 의해 전기에너지가 1차코일에서 2차코일로 전송될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 밀봉층(460)으로 주변과 밀봉되어 캡슐화된 유도결합형 화소(420)의 사시도이다. 이 화소(420)에서, 상부 기판(410a)과 하부 기판(410b) 사이에 광학소자(422)가 배치된다. 기판마다 유리판(412a,412b)이 있는데, 필요하다면 편광판(416a~b), 정렬층(414a~b), 컬러필터, 거울 등의 기능층들을 추가할 수도 있다.
기판(410)은 화소드라이버(420)를 지지하고, 화소드라이버는 광학소자(422)와 도전접촉하는 2개의 전극(424a~b)으로 구성된다. 이들 전극(424a~b)은 유도코일(426a~b)에 연결되고, 유도코일들은 서로 도전접촉한다. 경우에 따라서는, 유도결합의 효율을 높이기 위해 강자성체 층을 더 배치할 수도 있다.
도 4는 화소드라이버(420)의 전류회로도이다. 유도코일(426a~b)은 커패시터 역할을 하는 광학소자와 직렬로 연결된다. 이들 유도코일(426a~b)은 교류전압원(429)에 연결된 1차인덕터(428)에 유도결합된다. 화소드라이버의 유도코일(426)은 2차인덕터 역할을 하여, 근접 배치된 1차인덕터로부터 전력을 받는다. 따라서, 2차코일(426)에 진동전압이 유도되어, 전극(424)에 스위칭전압을 공급하게 된다.
결국 유도결합으로 구동되는 화소내의 전극 전압의 극성이 교번되기 때문에, 광학소자(422)에 걸리는 순전압은 0이다. 따라서, 기존의 직류전류 드라이버와는 대조적으로, 전기분해에 의한 광학소자(422)의 누적적 열화를 피할 수 있다.
이상 하나의 캡슐화된 화소(420)가 구간구동법으로 구동되는 것으로 설명했지만, 구동코일들을 각각의 대상전극에 연결하여 유도형 화소드라이버들을 구동하는데 다중구동법을 이용할 수 있다는 것을 예측할 수 있다. 한편, nxm개의 코일을 제공하고; 각각의 코일을 특정 전극쌍에 연결해 코일마다 화소 하나씩 구동하도록 할 수도 있다.
또, 유도형 화소(420)의 공진은 2차코일(424)의 인덕턴스와 광학소자(422)의 커패시턴스에 좌우된다. 어떤 경우에는, 특정 화소드라이버에 연계된 특정 2차코일과 공진하는 것으로 알려진 진동주파수를 선택함으로써 하나의 1차코일이 다수의 화소를 구동하도록 화소의 진동을 선택하기도 한다.
또는, 쌍안정 광학소자들을 갖는 유도형 화소들로 프리스탠딩 디스플레이를 만들기도 한다. 이런 프리스탠딩 디스플레이는 전기신호 형태로 데이터를 받고, 이런 신호가 없어진 뒤에도 비주얼 영상을 유지한다. 이런 디스플레이의 한가지 장점은, 영구적인 전기설비나 전원이 필요없다는 것이다. 이런 타입의 프리스탠딩 디스플레이는 예컨대 전원에서 떨어진 광고판 같은 곳에 유용할 수 있다. 이런 광고판은 유도결합으로 신호를 걸어서 특정 영상을 디스플레이하고, 광고판에 전력이 걸리지 않을 때에도 이 영상을 바뀔 때까지 유지한다.
캡슐화된 화소를 이용한 디스플레이 장치가 응용되는 예를 들면, 광고판, 모니터, 계산기, 디지털 시계, 자동차 대시보드, TV 스크린, 컴퓨터 스크린, 전자책 스크린, 프레젠테이션 보드, 벽면판, 바닥, 천정 등은 물론 이들의 조합도 가능하며, 물론 이들에 한정되지도 않는다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 캡슐화된 화소를 제조하는 방법의 순서도이다. 이 방법의 단계들은 아래와 같다:
a. TIO와 같은 제1 투명도체를 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계;
b. 제1 투명도체로부터 제1 전극을 인쇄하거나 에칭하는 단계;
c. 제1 투명도체에 제1 코일을 인쇄하거나 에칭하는 단계;
d. 제2 투명도체를 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계;
e. 제2 투명도체로부터 제2 전극을 인쇄하거나 에칭하는 단계;
f. 제2 투명도체에 제2 코일을 인쇄하거나 에칭하는 단계;
g. 제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계;
h. 제1 기판과 제2 기판 사이에 능동 광학소자를 배치해 화소를 형성하는 단계; 및
i. 화소를 주변으로부터 밀봉하는 단계.
Claims (20)
- 캡슐화된 화소를 갖춘 디스플레이 장치에 있어서:
2가지 이상의 광학상태를 갖는 광학소자;
2개 이상의 전극;
상기 전극들 사이에 전압차를 일으켜, 상기 광학소자가 제1 광학상태에서 제2 광학상태로 바뀌도록 하는 드라이버; 및
상기 캡슐화된 화소를 밀봉하는 밀봉층;을 포함하고,
상기 드라이버의 2차인덕터는 상기 전극에 연결되어 있으면서 전원에 연결된 외부의 1차인덕터와 유도결합하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서, 상기 캡슐화된 화소들의 어레이를 더 포함하고, 상기 밀봉층이 화소들을 개별적으로 캡슐화하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 1차인덕터가 특정 2차인덕터와 공진하는 것으로 알려진 진동주파수를 선택하여 화소들을 구동할 수 있도록 상기 화소 각각이 특성 공진주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 광학소자가 2가지 이상의 안정적인 광학상태를 가져, 상기 전압차가 없어지면 광학소자가 제2 광학상태에 남아있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 광학소자가 액정인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 밀봉층이 절연코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 밀봉층의 재료가 유리, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제7항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 전극이 투명한 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 2차인덕터가 투명한 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 1차인덕터와 2차인덕터 사이의 유도결합 효율을 높이기 위한 강자성체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 디스플레이 장치의 캡슐화된 화소를 제조하는 방법에 있어서:
제1 투명도체를 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계;
제1 투명도체로부터 제1 전극을 제조하는 단계;
제1 투명도체에 제1 인덕터를 형성하는 단계;
제2 투명도체를 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계;
제2 투명도체로부터 제2 전극을 제조하는 단계;
제2 투명도체에 제2 코일을 형성하는 단계;
제1 기판과 제2 기판을 적층하는 단계;
제1 기판과 제2 기판 사이에 능동 광학소자를 배치해 화소를 형성하는 단계; 및
상기 화소를 밀봉층으로 캡슐화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제11항에 있어서, 제2 투명 도체에 제2 인덕터를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 전극이 대상전극인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 전극을 제조할 때 도체에 전극을 인쇄하거나 에칭하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제14항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 인덕터를 형성할 때 도체에 인덕터를 인쇄하거나 에칭하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 전극이 도체의 에칭으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 전극이 도체의 인쇄로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 적어도 하나의 코일이 도체의 에칭으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 적어도 하나의 코일이 도체의 인쇄로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 광고판, 모니터, 계산기, 디지털 시계, 자동차 대시보드, TV 스크린, 컴퓨터 스크린, 전자책 스크린, 프레젠테이션 보드, 벽면판, 바닥, 천정 등은 물론 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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