KR20110074087A - 전기습윤표시장치 - Google Patents

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KR20110074087A KR1020090130954A KR20090130954A KR20110074087A KR 20110074087 A KR20110074087 A KR 20110074087A KR 1020090130954 A KR1020090130954 A KR 1020090130954A KR 20090130954 A KR20090130954 A KR 20090130954A KR 20110074087 A KR20110074087 A KR 20110074087A
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Abstract

본 발명은 화질이 향상될 수 있는 전기습윤표시장치에 관한 것으로, 제1 지지기판; 상기 제1 지지기판 상에 화소 개구부와 대응되도록 배치되어, 화소 각각의 화소전압이 인가되는 화소전극; 상기 화소전극을 포함한 상기 제1 지지기판 상의 전면에 경사면을 가지는 적어도 하나의 층으로 배치되는 절연층; 상기 절연층 상에 상기 화소 개구부의 외곽에 대응되도록 배치되고, 소수성을 가지는 클래딩층; 상기 절연층 상에 화소 경계부에 대응되도록 배치되어 화소를 정의하는 화소 벽; 상기 제1 지지기판에 대향하여 배치되는 제2 지지기판; 상기 제2 지지기판의 배면에 복수의 화소에 대응되어 배치되어, 복수의 화소에 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극; 화소 각각에 대응하여, 상기 공통전극과 상기 절연층 사이에 상기 클래딩층과 적어도 일부가 접촉하도록 배치되고 소수성을 가지는 제1 유체; 및 상기 공통전극과 상기 절연층 사이에 상기 각 화소 내의 제1 유체를 모두 둘러싸도록 배치되고, 친수성을 가지는 제2 유체를 포함함을 특징으로 한다.
전기습윤표시장치, electrowetting, 계조

Description

전기습윤표시장치{Electrowetting Display}
본 발명은 전기습윤표시장치에 관한 것으로, 특히, 화질이 향상될 수 있는 전기습윤표시장치에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기발광표시장치(Electro luminescence Display Device: ELD) 및 전기습윤표시장치(Electro-Wetting Display: EWD) 등을 들 수 있다.
이 중, 전기습윤표시장치는 전기습윤(Electrowetting) 현상을 응용하여 정보신호를 시각적으로 표현한다. 여기서, 전기습윤 현상이란, 전계에 의해 유체의 계 면장력(interfacial tension)이 변화되어, 유체가 이동(migration) 또는 변형(deformation)되는 현상을 의미한다. 전기습윤표시장치는 화소 내부의 소정 공간에 친수성유체(hydrophilic liquid)와 소수성유체(hydrophobic liquid)를 주입하고, 외부로부터 인가된 전압으로 형성된 전계에 의해 친수성유체의 계면장력을 변화시켜 소수성유체를 이동시킴으로써, 화상을 표시하게 된다. 이러한 전기습윤표시장치는 작은 사이즈, 저소비전력, 빠른 응답속도, 높은 컬러 휘도(High color brightness)의 유리한 특성을 가지므로, 최근 차세대 평판표시장치의 하나로 각광받고 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 전기습윤표시장치에 있어서, 전압에 따른 화소 개구부의 변동을 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 2는 도 1a 내지 도 1b에 도시한 전기습윤표시장치에 있어서, 화소전극과 공통전극 사이의 전압차에 따른 계조의 변화를 나타낸 그래프이다.
종래기술에 따른 전기습윤표시장치는, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 투명한 절연체로 마련되는 지지기판(11), 지지기판(11) 상에 화소 개구부와 대응되도록 배치되어 화소전압이 인가되는 화소전극(12), 화소전극(12)을 포함한 지지기판(11)의 전면에 평평하게 형성되는 소수성의 절연층(13), 절연층(13) 상에 화소 개구부의 외곽과 대응되어 배치되는 소수성의 클래딩층(14), 절연층(13) 상에 각 화소의 경계부와 대응되어 배치되는 화소 벽(15), 화소 각각에 대응되어 배치되고, 클래딩층(14)과 적어도 일부가 접촉되며 광에 반응하여 소정 파장대역의 가시광선을 방출하는 염료를 포함하는 소수성유체(16), 화소 각각의 소수성유체(16)을 모두 둘러싸도록 배치되고 투명한 친수성유체(17), 지지기판(11)과 대향되도록 배치되어, 소수성유체(16)과 친수성유체(17)가 배치될 수 있는 소정 공간을 형성하는 상부기판(미도시) 및 전체 화소에 대응하여, 상부기판(미도시)의 배면에 소수성유체(16) 및 친수성유체(17)를 사이에 두고 화소전극(12)과 대향되도록 배치되어, 공통전압이 인가되는 공통전극(18)을 포함하여 이루어진다.
이와 같이 구성되는 종래의 전기습윤표시장치는, 화소전압과 공통전압을 화소전극(12)과 공통전극(18)에 각각 인가하여, 화소전극(12)과 공통전극(18) 사이에 소정의 전계를 형성하고, 이와 같이 형성된 전계에 의해 소수성유체(16)가 절연층(13) 상에 배치되는 상태(이하, "배치상태"로 지칭함)를 조절함으로써, 화소 각각의 계조를 조절한다.
즉, 도 1a에 도시된 바와 같이, 화소전압과 공통전압이 화소전극(12)과 공통전극(18)에 각각 인가되지 않는 경우, 소수성유체(16)의 배치상태를 조절하는 전계가 형성되지 않으므로, 소수성유체(16)는 절연층(13) 상에 전체 화소 개구부와 대응되도록 배치된다. 이에 따라, 소수성유체(16)을 통과하여 소정의 파장대역에 해당되도록 발생된 광(이하, "유효광"으로 지칭함)은 전체 화소 개구부에 대응되어 발생되므로, 화소는 최대 계조를 나타낸다.
이에 반해, 화소전압과 공통전압이 화소전극(12)과 공통전극(18)에 각각 인가하는 경우, 화소전극(12)과 공통전극(18) 사이에 소정의 전압차에 의한 전계가 형성되고, 이러한 전계의 전압차에 대응하여 소수성유체(16)의 배치상태가 조절됨으로써, 화소 계조가 결정된다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 바와 같이, 화소전 극(12)과 공통전극(18) 사이에 4V의 전압차에 의한 전계가 형성되는 경우, 화소가 최소 계조를 나타내도록 설계될 수 있다. 이러한 종래의 전기습윤표시장치에 있어서, 화소전극(12)에 대응되는 절연층(13)의 일부 표면과 공통전극(18) 사이에 4V의 전압차에 의한 전계가 형성되면, 친수성유체(17)가 절연층(13) 상에 전체 화소 개구부에 대응되도록 배치되어, 소수성유체(16)가 친수성유체(17)에 의해 소수성의 클래딩층(14) 측으로 밀려나서, 클래딩층(14) 상에 결집하게 된다. 이때, 화소 개구부에서 유효광이 발생되지 않으므로, 화소는 최소 계조를 나타낸다.
한편, 이상에서 설명한 종래의 전기습윤표시장치가 이상적(ideal)으로 설계되었다고 가정한다면, 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같이, 화소의 계조(세로축)는 화소전극(12)과 공통전극(18) 사이의 전압차(가로축)에 정수비로 비례하여 서서히 변동되어야 한다. 그러나, 실제로는, 소수성유체(16)과 절연층(13) 사이에 발생되는 마찰력 때문에, 화소전극(12)과 공통전극(18) 사이의 전압차에 의한 전계의 형성에 즉시 반응하여 소수성유체(16)의 배치상태가 변동되지는 않는다. 그러므로, 도 2에서 실선으로 도시된 바와 같이, 화소의 계조(세로축)는 화소전극(12)과 공통전극(18) 사이의 전압차(가로축)가 임계값 이상일 때에만 정수비로 급격히 변동된다. 즉, 소수성유체(16)의 배치상태가 변동되기 위해서는, 소수성유체(16)과 절연층(13) 사이에 발생되는 마찰력보다 큰 힘으로 작용될 임계값 이상의 전압차에 의한 전계가 형성되어야 한다.
특히, 화소가 최대 계조 미만의 비교적 큰 제1 계조를 나타내도록 조절하기 위해서는, 제1 전압차에 의한 전계를 형성하여 소수성유체(16)가 절연층(13)에 넓 게 펼쳐지도록 배치해야 한다. 그런데, 소수성유체(16)가 절연층(13)에 넓게 펼쳐져서 배치될수록, 소수성유체(16)과 절연층(13) 사이의 마찰력이 더 크게 발생되고, 이를 극복하기 위해서 제1 전압차보다 높은 제2 전압차를 발생시키면, 소수성유체(16)의 계면장력에 의해 소수성유체(16)의 배치상태가 급격하게 변동되면서, 화소는 제2 전압차에 대응되어 제1 계조보다 낮은 제2 계조를 나타내게 된다.
이상과 같이, 종래기술에 따르면, 소수성유체(16)과 절연층(13) 사이의 마찰력 및 소수성유체(16)의 계면장력에 의해, 화소의 계조가 화소전극(12)과 공통전극(18) 사이의 전압차에 비례하여 서서히 변동되지 않는 문제점이 있다. 이에 따라, 화소 각각의 계조가 정밀하게 조절하기 어려워서, 전기습윤표시장치의 화질이 감소될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은, 화소 각각의 계조를 더욱 정밀하게 조절할 수 있어, 화질이 향상될 수 있는 전기습윤표시장치를 제공하고자 한다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 제1 지지기판; 상기 제1 지지기판 상에 화소 개구부와 대응되도록 배치되어, 화소 각각의 화소전압이 인가되는 화소전극; 상기 화소전극을 포함한 상기 제1 지지기판 상의 전면에 경사면을 가지는 적어도 하나의 층으로 배치되는 절연층; 상기 절연층 상에 상기 화소 개구부의 외곽에 대응되도록 배치되고, 소수성을 가지는 클래딩층; 상기 절연층 상에 화소 경계부에 대응되도록 배치되어 화소를 정의하는 화소 벽; 상기 제1 지지기판에 대향하여 배치되는 제2 지지기판; 상기 제2 지지기판의 배면에 복수의 화소에 대응되어 배치되어, 복수의 화소에 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극; 화소 각각에 대응하여, 상기 공통전극과 상기 절연층 사이에 상기 클래딩층과 적어도 일부가 접촉하도록 배치되고 소수성을 가지는 제1 유체; 및 상기 공통전극과 상기 절연층 사이에 상기 각 화소 내의 제1 유체를 모두 둘러싸도록 배치되고, 친수성을 가지는 제2 유체를 포함함을 특징으로 하는 전기습윤표시장치를 제공한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 절연층은 경사면을 가지는 적어도 하나의 층으로 배치되어, 유체층은 접촉하고 있는 부분의 절연층 두께에 따라 다른 전압레 벨의 전압을 인가받게 된다. 이에 따라, 유체층이 절연층 상에 배치되는 상태에 절연층과의 마찰력 및 계면장력이 미치는 영향을 상쇄할 수 있으므로, 화소의 계조가 화소전극과 공통전극 사이의 전압차에 비례하여 서서히 변동되도록 조절할 수 있다. 그러므로, 화소 각각의 계조를 더욱 정밀하게 조절할 수 있게 되어, 전기습윤표시장치의 화질이 향상될 수 있다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예에 따른 전기습윤표시장치에 대해 설명한다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사형 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 전기습윤표시장치(100)는, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 서로 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(120), 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 충진되는 유체층(130)을 포함하여 구성되어, 화상신호에 따라 계조가 조절되는 복수의 화소를 형성한다.
제1 기판(110)은, 제1 지지기판(111), 제1 지지기판(111) 상에 화소 각각의 개구부와 대응되도록 배치되어, 화소 각각의 화소전압이 인가되는 화소전극(112), 화소전극을 포함한 제1 지지기판(111) 상의 전면에 경사면을 갖도록 배치되는 소수성의 절연층(113), 절연층(113) 상에 화소 각각의 개구부 외곽과 대응되도록 배치 되고, 소수성을 가지는 클래딩층(114) 및 절연층 상에 화소 각각의 경계부와 대응되도록 배치되어 화소를 정의하는 화소 벽(115)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 제2 기판(120)은, 제2 지지기판(121), 제2 지지기판(121)의 배면에 화소 각각의 개구부 외곽과 대응되도록 배치되어, 화소 개구부 외에서의 빛샘현상을 방지하는 블랙매트릭스층(미도시), 블랙매트릭스층(미도시)을 포함한 제2 지지기판(121) 배면의 전면에 평평하게 배치되는 상부절연층(미도시) 및 상부절연층(미도시)의 배면에 복수의 화소에 대응되어 배치되어, 복수의 화소에 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극(122)을 포함하여 이루어진다. 또한, 유체층(130)은, 화소 각각에 대응하여, 클래딩층(114)과 적어도 일부가 접촉되도록 배치되고, 소정의 파장대역에 해당되는 가시광선을 방출하는 소수성의 유체(131, 이하, "소수성유체"로 지칭함) 및 각 화소 내의 소수성유체(131)를 모두 둘러싸도록 배치되고, 투명한 친수성의 유체(132, 이하, "친수성유체"로 지칭함)을 포함하여 이루어진다. 이때, 소수성유체(131)은 적색(RED), 녹색(GREEN), 청색(BLUE) 중 어느 하나에 대응하는 가시광선을 방출할 수 있다. 그리고, 제1 지지기판(111)과 제2 지지기판(121)은 유리 또는 플라스틱과 같이, 절연의 물질로 마련되고, 경우에 따라, 제1 지지기판(111)과 제2 지지기판(121)은 동일한 물질로 마련될 수 있고, 또는 상이한 물질로 마련될 수도 있다.
도 3a에 도시된 투과형 전기습윤표시장치는, 제1 지지기판(111)의 하부에 배치되어 소수성유체(131)로 향하는 광을 조사하는 백라이트유닛(미도시)을 더 포함하고, 투명한 물질로 마련되는 제1 지지기판(111)과, 광을 투과하는 투명한 물질로 마련되는 화소전극(112)을 포함한다. 이와 같이 구성되는 투과형 전기습윤표시장치는, 백라이트유닛(미도시)에서 조사된 광을 투명한 제1 지지기판(111), 투명한 화소전극(112) 및 소수성유체(131)를 통해 투과함으로써, 소정의 파장대역에 해당되는 광(이하, "유효광"으로 지칭함)을 발생시켜, 외부로 방출한다.
도 3b에 도시된 반사형 전기습윤표시장치는, 광을 반사하는 물질로 마련되는 화소전극(116)을 포함하여, 외부로부터 입사된 광을 화소전극(116)에 의해 반사하고, 소수성유체(131)를 통해 투과함으로써, 유효광을 발생시켜 외부로 방출한다.
도 3c에 도시된 반투과형 전기습윤표시장치는, 제1 지지기판(111)의 하부에 배치되어 소수성유체(131)로 향하는 광을 조사하는 백라이트유닛(미도시)을 더 포함하고, 투명한 물질로 마련되는 제1 지지기판(111) 및 광의 적어도 일부를 투과 또는 반사하는 반투과반사성의 물질로 마련되는 화소전극(117)을 포함한다. 이때, 반투과반사성의 화소전극(117)으로 마련되는 물질은, 광을 투과하는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 잉크와 광을 반사하는 은(Ag)파우더의 혼합물(mixing)인 것일 수 있다. 그리고, 도 3d에 도시된 반투과형 전기습윤표시장치는, 제1 지지기판(111)의 하부에 배치되어 소수성유체(131)로 향하는 광을 조사하는 백라이트유닛(미도시) 및 제1 지지기판(111)과 화소전극(112) 사이에 화소 각각의 개구부 중 적어도 일부에 대응되도록 배치되고 광을 반사하는 물질로 마련되는 반사층(118)을 더 포함하고, 투명한 물질로 마련되는 제1 지지기판(111)과, 광을 투과하는 투명한 물질로 마련되는 화소전극(112)을 포함한다. 이와 같이 구성되는 반투과형 전기습윤표시장치는, 투과형 전기습윤표시장치와 같이, 백라이트유닛(미도시)에서 조사된 광을 투명한 제1 지지기판(111), 투명한 화소전극(112) 및 소수성유체(131)를 통해 투과함으로써 유효광을 발생시킬 수 있고, 반사형 전기습윤표시장치와 같이, 외부로부터 입사된 광을 화소전극(116)에 의해 반사하고, 소수성유체(131)를 통해 투과함으로써, 유효광을 발생시킬 수도 있다.
한편, 절연층(113)은 소정의 유전율을 가지는 물질로 마련되므로, 유체층(130)이 절연층(113) 상에 배치되는 상태(이하, "배치상태"로 지칭함)를 변동시키기 위한 화소전압이 유체층(130)에 인가됨에 있어서, 절연층(113)의 영향을 받게 된다. 즉, 화소전압으로부터 유체층(130)에 인가되는 전압은 절연층(113)의 두께와 유전율에 따라 달라지게 되는데, 절연층(113)의 유전율이 높거나 또는 두께가 두꺼울수록, 유체층(130)에 인가되는 전압의 전압레벨이 낮아지게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 절연층(113)은 제1 지지기판(111)의 상부에 소정의 기울기에 해당되는 경사면을 갖도록 배치되므로, 절연층(113)의 제1 부분에 접촉되는 유체층(130)은, 제1 부분보다 높게 위치되어 두꺼운 두께로 형성되는 절연층(113)의 제2 부분에 접촉되는 유체층(130)보다 높은 전압레벨의 전압을 인가받는다. 이에 따라, 절연층(113)과의 마찰력이 크게 발생되는 유체층(130)에 높은 전압레벨의 전압이 인가되도록 하고, 계면장력이 크게 발생되는 유체층(130)에 낮은 전압레벨의 전압이 인가되도록 할 수 있다. 특히, 클래딩층(114)이 배치되는 측의 절연층(113)은 두꺼운 두께로 형성되도록 하여, 계면장력이 커지는 것을 방지하고, 소수성유체(131)가 넓게 펼쳐져서 배치될 때에 접촉되는 부분의 절연층(113)은 얇은 두께로 형성되도록 하여, 화소전압의 영향을 크게 받도록 한다.
이와 같이 하면, 마찰력과 계면장력에 관계없이, 공통전극과 화소전극 사이의 전압차에 비례하여 유체층(130)의 배치상태가 서서히 변동될 수 있도록 제어될 수 있다.
이하에서는, 도 3a에 도시된 투과형 전기습윤표시장치에 있어서, 화소전극(112)과 공통전극(122) 사이의 전압차가 5V일 때에 화소가 최소 계조를 나타내는 경우를 예시로 들어, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기습윤표시장치에 있어서, 공통전극과 화소전극 사이의 전압차에 따라 변동하는 유체층(130)의 배치상태에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기습윤표시장치에 있어서, 전압에 따른 화소 개구부가 변동하는 것에 대한 예시를 나타낸 단면도이다.
화소전압과 공통전압이 화소전극(112)과 공통전극(122)에 각각 인가되지 않은 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이, 화소전극(112)와 공통전극(122) 사이의 전압차가 0V에 해당되고, 이에 유체층(130)의 배치상태가 변동되도록 하는 전계가 발생되지 않는다. 이에 따라, 소수성유체(131)는 절연층(113) 상에 전체 화소 개구부와 대응되도록 배치되어, 유효광은 전체 화소 개구부에 대응되어 발생되므로, 화소는 최대 계조를 나타낸다.
다음, 도 4b에 도시된 바와 같이, 화소전압과 공통전압이 화소전극(112)과 공통전극(122)에 각각 인가되어, 화소전극(112)와 공통전극(122) 사이의 전압차가 5V에 해당되는 경우를 설명한다. 이때, 친수성유체(132)가 절연층(113) 상에 전체 화소 개구부와 대응되도록 배치되고, 이러한 친수성유체(132)에 의해, 소수성유 체(131)는 소수성을 가지는 클래딩층(114) 측으로 밀려나서 클래딩층(114) 상부에 결집된다. 이에 따라, 화소 개구부에서 유효광이 발생되지 않으므로, 화소는 최소 계조를 나타낸다.
한편, 화소전압과 공통전압이 화소전극(112)과 공통전극(122)에 각각 인가되어, 화소전극(112)와 공통전극(122) 사이의 전압차가 최소계조를 발생시키는 전압차(5V)의 1/5인 1V에 해당되는 경우를 설명한다. 이때, 제1 두께(A)를 가지는 부분의 절연층(113) 표면에 제1 전압레벨의 전압이 인가되어, 친수성유체(132)가 화소 개구부의 1/5에 대응되는 절연층(113)의 일부와 접촉하게 된다. 이러한 친수성유체(132)에 의해, 소수성유체(131)는 소수성을 가지는 클래딩층(114) 측으로 밀려나서, 화소 개구부의 4/5에 대응되는 절연층(113)의 나머지 일부와 접촉하도록 배치된다. 또한, 제2 두께(B)를 가지는 부분의 절연층(113) 표면에는 제1 전압레벨보다 낮은 제2 전압레벨의 전압이 인가되어, 소수성유체(131)의 계면장력에 의해 소수성유체(131)가 절연층(113) 상에 화소 개구부의 4/5보다 작은 비율로 대응되도록 배치되는 것을 방지한다. 여기서, 제1 전압레벨은 공통전압과의 전압차를 1V로 발생시키는 화소전압 및 제1 두께(A)에 대응되어 결정되고, 제2 전압레벨은 공통전압과의 전압차를 1V로 발생시키는 화소전압 및 제2 두께(B)에 대응되어 결정된다.
이상와 같이, 화소전극(112)와 공통전극(122) 사이의 전압차가 1V인 경우, 소수성유체(131)가 화소 개구부의 4/5에 대응되는 절연층(113)의 일부와 접촉하도록 배치되므로, 유효광은 화소 개구부의 4/5에 대응되어 발생되며, 화소는 최대 계조의 4/5에 해당되는 계조를 나타낸다.
이와 마찬가지로, 화소전압과 공통전압이 화소전극(112)과 공통전극(122)에 각각 인가되어, 화소전극(112)와 공통전극(122) 사이의 전압차가 최소계조를 발생시키는 전압차(5V)의 3/5인 3V에 해당되는 경우, 도 4d에 도시된 바와 같이, 제3 두께(C)를 가지는 부분의 절연층(113) 표면에 제3 전압레벨의 전압이 인가되어, 친수성유체(132)가 화소 개구부의 3/5에 대응되는 절연층(113)의 일부와 접촉하게 된다. 이러한 친수성유체(132)에 의해, 소수성유체(131)는 소수성을 가지는 클래딩층(114) 측으로 밀려나면서, 화소 개구부의 2/5에 대응되는 절연층(113)의 나머지 일부와 접촉하도록 배치된다. 또한, 제2 두께(B)를 가지는 부분의 절연층(113) 표면에는 제3 전압레벨보다 낮은 제4 전압레벨의 전압이 인가되어, 소수성 유체(131)의 계면 장력에 의해 소수성유체(131)가 절연층(113) 상에 화소 개구부의 2/5보다 작은 비율로 대응되도록 배치되는 것을 방지한다. 여기서, 제3 전압레벨은 공통전압과의 전압차를 3V로 발생시키는 화소전압 및 제1 두께(A)에 대응되어 결정되고, 제4 전압레벨은 공통전압과의 전압차를 3V로 발생시키는 화소전압 및 제2 두께(B)에 대응되어 결정된다.
이상와 같이, 화소전극(112)와 공통전극(122) 사이의 전압차가 3V인 경우, 소수성유체(131)가 화소 개구부의 2/5에 대응되는 절연층(113)의 일부와 접촉하도록 배치되므로, 유효광은 화소 개구부의 2/5에 대응되어 발생되며, 화소는 최대 계조의 2/5에 해당되는 계조를 나타낸다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 절연층(113)이 경사면을 갖도록 배치되어, 사다리꼴 형태의 단면을 가지므로, 절연층(113)의 두께가 소정의 기 울기로 일정하게 증가된다. 이에, 유체층(130)에 인가되는 전압의 전압레벨은 접촉하고 있는 절연층(113)의 두께에 대응됨에 따라, 유체층(130)의 계면장력 및 마찰력에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있어, 화소 계조는 공통전극(122)과 화소전극(112, 116, 117) 사이의 전압차에 비례하게 된다. 그러므로, 화소 계조를 더욱 정밀하게 조절할 수 있게 되어, 화질을 향상시킬 수 있다.
그런데, 제1 실시예에 따르면, 절연층(113)은 소수성유체(131)과 친숙한 소수성을 가지는 절연물질로 마련되어야 하는데, 테프론(Teflon)과 같은, 소수성의 절연물질은 5 이상의 높은 유전율을 갖는 것이 일반적이므로, 절연층(113)을 경사면을 갖는 형태로 배치하면, 소비전력이 증가되는 단점이 있다.
이에, 이하에서는, 소비전력을 줄일 수 있는 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 전기습윤표시장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 대향하는 제1 기판(210)과 제2 기판(220), 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 충진되는 유체층(230)을 포함하여 구성되어, 화상신호에 따라 계조가 조절되는 복수의 화소를 형성한다.
제1 기판(210)은, 제1 지지기판(211), 제1 지지기판(211) 상에 화소 각각의 개구부와 대응되도록 배치되어, 화소 각각의 화소전압이 인가되는 화소전극(212), 화소전극을 포함한 제1 지지기판(211) 상의 전면에 경사면을 갖도록 배치되는 제1 절연층(213), 제1 절연층(213) 상에 일정한 두께로 배치되는 소수성의 제2 절연층(214), 제2 절연층(214) 상에 화소 각각의 개구부 외곽과 대응되도록 배치되고, 소수성을 가지는 클래딩층(215) 및 제2 절연층(214) 상에 화소 각각의 경계부와 대응되도록 배치되어 화소를 정의하는 화소 벽(216)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 제2 기판(220)은, 제2 지지기판(221), 제2 지지기판(221)의 배면에 화소 각각의 개구부 외곽과 대응되도록 배치되어, 화소 개구부 외에서의 빛샘현상을 방지하는 블랙매트릭스층(미도시), 블랙매트릭스층(미도시)을 포함한 제2 지지기판(221) 배면의 전면에 평평하게 배치되는 상부절연층(미도시) 및 상부절연층(미도시)의 배면에 복수의 화소에 대응되어 배치되어, 복수의 화소에 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극(222)을 포함하여 이루어진다. 또한, 유체층(230)은, 화소 각각에 대응하여, 클래딩층(215)과 적어도 일부가 접촉되도록 배치되고, 소정의 파장대역에 해당되는 가시광선을 방출하는 소수성유체(231) 및 각 화소 내의 소수성유체(231)를 모두 둘러싸도록 배치되고, 투명한 친수성유체(232)을 포함하여 이루어진다. 이때, 소수성유체(131)은 적색(RED), 녹색(GREEN), 청색(BLUE) 중 어느 하나에 대응하는 가시광선을 방출할 수 있다. 그리고, 제1 지지기판(111)과 제2 지지기판(121)은 유리 또는 플라스틱과 같이, 절연의 물질로 마련되고, 경우에 따라, 제1 지지기판(111)과 제2 지지기판(121)은 동일한 물질로 마련될 수 있고, 또는 상이한 물질로 마련될 수도 있다.
제2 실시예에 따르면, 제1 절연층(213)은 제2 절연층(214)보다 낮은 유전율을 가지는 SiN, SiO 또는 유기막으로 마련되며, 경사면을 갖도록 배치되어, 사다리 꼴 형태의 단면을 갖는다. 그리고, 제2 절연층(214)는 소수성을 가지는 물질로 마련되고, 제1 절연층(213) 상에 제1 절연층(213)보다 얇은 두께로 배치된다. 이에, 제1 절연층(213) 및 제2 절연층(214) 전체의 단면은 사다리꼴 형태로, 클래딩층(215)과 인접할수록 두꺼운 두께를 갖는다.
이와 같이 구성되는 제2 실시예에 따른 전기습윤표시장치는, 제1 절연층(213) 및 제2 절연층(214)이 경사면을 갖도록 배치되어, 제1 실시예에서와 같이, 유체층(230)의 계면장력 및 마찰력에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있어, 화소 계조가 공통전극(222)과 화소전극(212) 사이의 전압차에 비례하게 됨으로서, 화소 계조를 더욱 정밀하게 조절할 수 있으므로, 화질을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 유전율을 가지는 소수성의 물질은 비교적 얇게 배치되도록 함으로써, 소비전력 증가를 방지할 수 있다.
다음, 제3 실시예에 따른 전기습윤표시장치에 대해 설명한다.
도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 전기습윤표시장치(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 대향하는 제1 기판(310)과 제2 기판(320), 제1 기판(310)과 제2 기판(320) 사이에 충진되는 유체층(330)을 포함하여 구성되어, 화상신호에 따라 계조가 조절되는 복수의 화소를 형성한다.
제1 기판(310)은, 제1 지지기판(311), 제1 지지기판(311) 상에 화소 각각의 개구부와 대응되도록 배치되어, 화소 각각의 화소전압이 인가되는 화소전극(312), 화소전극을 포함한 제1 지지기판(311) 상의 전면에 평평하게 배치되는 제1 절연층(313), 제1 절연층(213) 상에 경사면을 갖도록 배치되는 제2 절연층(314), 제2 절연층(314) 상에 일정한 두께로 배치되는 소수성의 제3 절연층(315), 제2 절연층(315) 상에 화소 각각의 개구부 외곽과 대응되도록 배치되고, 소수성을 가지는 클래딩층(316) 및 제3 절연층(315) 상에 화소 각각의 경계부와 대응되도록 배치되어 화소를 정의하는 화소 벽(317)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 제2 기판(320)은, 제2 지지기판(321), 제2 지지기판(321)의 배면에 화소 각각의 개구부 외곽과 대응되도록 배치되어, 화소 개구부 외에서의 빛샘현상을 방지하는 블랙매트릭스층(미도시), 블랙매트릭스층(미도시)을 포함한 제2 지지기판(321) 배면의 전면에 평평하게 배치되는 상부절연층(미도시) 및 상부절연층(미도시)의 배면에 복수의 화소에 대응되어 배치되어, 복수의 화소에 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극(322)을 포함하여 이루어진다. 또한, 유체층(330)은, 화소 각각에 대응하여, 클래딩층(316)과 적어도 일부가 접촉되도록 배치되고, 소정의 파장대역에 해당되는 가시광선을 방출하는 소수성유체(231) 및 각 화소 내의 소수성유체(231)를 모두 둘러싸도록 배치되고, 투명한 친수성유체(232)을 포함하여 이루어진다. 이때, 소수성유체(131)은 적색(RED), 녹색(GREEN), 청색(BLUE) 중 어느 하나에 대응하는 가시광선을 방출할 수 있다. 그리고, 제1 지지기판(111)과 제2 지지기판(121)은 유리 또는 플라스틱과 같이, 절연의 물질로 마련되고, 경우에 따라, 제1 지지기판(111)과 제2 지지기판(121)은 동일한 물질로 마련될 수 있고, 또는 상이한 물질로 마련될 수도 있다.
제3 실시예에 따르면, 제1 절연층(313) 및 제2 절연층(314)은 제3 절연층(214)보다 낮은 유전율을 가지는 SiN, SiO 또는 유기막으로 마련되고, 제3 절연층(315)은 소수성을 가지는 물질로 마련되고, 제2 절연층(314) 상에 제2 절연층(314)보다 얇은 두께로 배치된다. 그리고, 제1 절연층(313)과 제2 절연층(314)는 유사한 구조를 가지는 물질로 각각 마련되며, 제2 절연층(314)과 제3 절연층(315)는 서로 유사한 구조를 가지는 물질로 각각 마련되어, 제1 절연층(313)과 제2 절연층(314)이 견고하게 부착되도록 하고, 제2 절연층(314)과 제3 절연층(315)이 견고하게 부착되도록 한다. 이러한 제1 절연층(313), 제2 절연층(314) 및 제3 절연층(315)는 전체적으로 경사면을 갖는 형태이고, 사다리꼴 형태의 단면을 가지며, 클래딩층(316)과 인접할수록 두꺼운 두께를 갖는다.
이와 같이 구성되는 제3 실시예에 따른 전기습윤표시장치는, 제1 절연층(313), 제2 절연층(314) 및 제3 절연층(315)가 전체적으로 경사면을 갖도록 배치되어, 제1 실시예에서와 같이, 유체층(230)의 계면장력 및 마찰력에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있으므로, 화소 계조가 공통전극(222)과 화소전극(212) 사이의 전압차에 비례하게 된다. 이에 따라, 화소 계조를 더욱 정밀하게 조절할 수 있으므로, 화질을 향상시킬 수 있다. 그리고, 소수성 물질과 유사한 구조를 가지는 절연의 물질로 제2 절연층(314)을 마련함으로써, 제2 절연층(314)과 제3 절연층(315)이 견고하게 결합될 수 있도록 한다. 또한, 높은 유전율을 가지는 소수성의 물질은 비교적 얇게 배치되도록 함으로써, 소비전력 증가를 방지할 수 있다.
한편, 제2 실시예 및 제3 실시예에 따른 전기습윤표시장치는, 제1 실시예에 서와 마찬가지로, 화소전극으로 마련되는 물질에 따라, 투과형, 반사형 및 반투과형 등으로 구성될 수 있으며, 절연층이 복수의 층 구조로 배치된다는 점을 제외하면, 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다.
도 1a 내지 도 1b는 종래기술에 따른 전기습윤표시장치에 있어서, 전압에 따른 화소 개구부의 변동을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1b에 도시한 전기습윤표시장치에 있어서, 화소전극과 공통전극 사이의 전압차에 따른 계조의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사형 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 3c 및 도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반투과형 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기습윤표시장치에 있어서, 전압에 따른 화소 개구부가 변동하는 것에 대한 예시를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전기습윤표시장치를 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 식별번호 설명>
100, 200, 300: 전기습윤표시장치
110, 210, 310: 제1 기판
120, 220, 320: 제2 기판
130, 230, 330: 유체층

Claims (9)

  1. 제1 지지기판;
    상기 제1 지지기판 상에 화소 개구부와 대응되도록 배치되어, 화소 각각의 화소전압이 인가되는 화소전극;
    상기 화소전극을 포함한 상기 제1 지지기판 상의 전면에 경사면을 가지는 적어도 하나의 층으로 배치되는 절연층;
    상기 절연층 상에 상기 화소 개구부의 외곽에 대응되도록 배치되고, 소수성을 가지는 클래딩층;
    상기 절연층 상에 화소 경계부에 대응되도록 배치되어 화소를 정의하는 화소 벽;
    상기 제1 지지기판에 대향하여 배치되는 제2 지지기판;
    상기 제2 지지기판의 배면에 복수의 화소에 대응되어 배치되어, 복수의 화소에 대응하는 공통전압이 인가되는 공통전극;
    화소 각각에 대응하여, 상기 공통전극과 상기 절연층 사이에 상기 클래딩층과 적어도 일부가 접촉하도록 배치되고 소수성을 가지는 제1 유체; 및
    상기 공통전극과 상기 절연층 사이에 상기 각 화소 내의 제1 유체를 모두 둘러싸도록 배치되고, 친수성을 가지는 제2 유체를 포함함을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 경사면을 갖도록 배치되고 소수성을 가지는 제1 물질로 마련되는 제1층을 포함함을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 제1 지지기판 상에 상기 경사면을 갖도록 배치되고 절연의 제1 물질로 마련되는 제1층; 및
    상기 제1층 위에 상기 제1층보다 얇은 두께로 배치되고, 소수성을 가지는 절연의 제2 물질로 마련되는 제2층을 포함하고,
    상기 제1 물질은 상기 제2 물질보다 낮은 유전율을 가짐을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은,
    상기 제1 지지기판 상에 배치되고 절연의 제1 물질로 마련되는 제1층;
    상기 제1층 위에 상기 경사면을 갖도록 배치되는 절연의 제2 물질로 마련되는 제2층; 및
    상기 제2층 위에 상기 제1층보다 얇은 두께로 배치되고, 소수성을 가지는 절 연의 제3 물질로 마련되는 제3층을 포함하고,
    상기 제1 물질 및 제2 물질은 상기 제3 물질보다 낮은 유전율을 갖고, 상기 제2 물질과 상기 제3 물질은 유사한 구조를 가짐을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클래딩층은 상기 절연층과 상기 제1 지지기판 사이의 두께가 최대인 부분에 대응되어 배치됨을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소전극은 광을 투과하는 투명한 물질로 마련됨을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 지지기판과 상기 화소전극 사이에 상기 화소 개구부의 적어도 일부에 대응되어 배치되고, 광을 반사하는 물질로 마련되는 반사층을 더 포함함을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소전극은 광을 반사하는 물질로 마련됨을 특징으로 하는 전기습윤표 시장치.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소전극은 광의 적어도 일부를 투과 또는 반사하는 반투과반사성의 물질로 마련됨을 특징으로 하는 전기습윤표시장치.
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