KR20120049083A - 전계구동 셀 및 그 작동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전계를 이용하여 구동체를 움직이는 전계구동 셀에 관한 것으로, 서로 이격된 제1전극과 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극의 사이를 이동하는 구동체를 포함하고, 상기 구동체는 영구적인 전하를 갖지 않으며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극에 직류형태 또는 펄스형태 전압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 한다. 특히, 제1전극 또는 제2전극에 인가되는 직류형태 전압의 크기 또는 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 파형, 펄스의 지속시간 등을 조절하여, 구동체의 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 전계구동 셀의 작동방법은, 서로 이격된 제1전극과 제2전극, 및 상기 전극들 사이를 이동하는 구동체를 포함하는 전계구동 셀을 작동하는 방법으로서, 상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 직류형태 또는 펄스형태의 전압을 인가하여, 상기 구동체의 위치를 조절한다.
본 발명의 전계구동 셀은 광스위치, 전기스위치 및 디스플레이 등 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히 전자종이 디스플레이 디바이스에 적용가능하다.

Description

전계구동 셀 및 그 작동방법{CELL DRIVEN BY ELECTRIC FIELD AND THE OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 전자종이 디스플레이 디바이스 등에 사용할 수 있는 전계구동 셀 및 그 작동방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 영구전하를 띠지 않는 구동체를 이용한 전계구동 셀 및 그 작동방법에 관한 것이다.
현재, 전자종이 디스플레이를 표현하는 여러 방식에 대해 많은 연구개발이 진행되어 있으며, 제품화되어 사용되고 있다.
전자종이 디스플레이를 표현하는 대표적인 방식은, ① 오일에 혼합된 유색 대전입자를 마이크로캡슐 안에 가두거나 대전입자 그대로를 전기장의 인가에 응답하게 하는 전기영동 방식(E-INK, SiPix), ② 서로 반대되는 전하와 서로 다른 색상을 갖는 상하 반구로 구성된 구형 입자를 전기장을 이용하여 회전시키는 트위스트볼 방식 (Gyricon media), ③ 대전된 분체를 건식 환경에서 작동하는 QR_LPD 방식(Quick Response-Liquid Powder Display, Bridgestone), ④ 콜레스테릭 액정 분자의 선택 반사 특성을 이용하는 콜레스테릭 액정 디스플레이 방식(Kent Display) 등 이다.
이중에서 전기영동 방식의 전자종이가 가장 대표적이다. 전기영동 표시 장치를 포함한 현재의 전자종이 디스플레이 디바이스에 사용되는 입자는 영구전하를 가지고 있다. 그러나 영구전하를 가진 입자의 경우, 구동 전압이 높고, 응답 속도가 느리며, 계조(階調, gradation)표현이 어려운 단점이 있다. 또한, 컬러 표현을 위해서는 컬러필터를 사용해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 영구전하를 띠지 않는 구동체를 이용한 전계구동 셀 및 그 작동방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전계구동 셀은,
서로 이격된 제1전극과 제2전극; 및
상기 제1전극과 상기 제2전극의 사이를 이동하는 구동체를 포함하고,
상기 구동체는 영구적인 전하를 갖지 않으며,
상기 제1전극 및 상기 제2전극에 직류형태 또는 펄스형태 전압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 한다.
특히, 제1전극 또는 제2전극에 인가되는 직류형태 전압의 크기 또는 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 파형, 펄스의 지속시간 등을 조절하여, 구동체의 위치를 조절할 수 있으며, 직류형태 전압의 크기 또는 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 파형, 펄스의 지속시간 등을 조절할 수 있는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전극에 직류형태 또는 펄스형태의 전압을 인가하고 전극이 나타내는 전위가 변화하는 속도를 조절하는 방법으로 구동체의 위치를 조절할 수 있는 전계구동 셀을 구성한다.
그리고 본 발명의 구동체는 영구전하를 갖지 않고, 주변 전극에 인가되는 전위에 따라 원하는 시간동안 양 또는 음전하로 대전될 수 있다.
이때, 구동체를 구형 또는 원통형으로 제작하여, 접촉된 전극을 통하여 구동체를 대전하는 경우에, 전극과 접촉하는 면적 및 접촉상태에 따른 전극과 구동체의 사이에 높은 접촉저항을 갖도록 하여 구동체를 대전상태 또는 절연상태로 조절 할 수 있다.
이러한 구형의 구동체는 절연체 베이스의 표면에 전도성 물질 또는 반도체 물질이 코팅된 구조이거나, 절연체 베이스의 표면에 컬러층을 먼저 코팅하고 그 위에 투명전도성층을 다시 코팅한 것일 수 있다.
또한 온전히 금속산화물 또는 실리콘과 같은 반도체 물질로 이루어진 형태가 될 수도 있다. 이러한 반도체 물질로 이루어진 구동체는 가해진 전계에 따라 표면에 전하 유도가 생겨 전도성 물질이 코팅된 구형체와 거의 동일한 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 전계구동 셀은 제1전극과 제2전극이 구동체에 직접 접촉하는 구조이거나, 제1전극과 제2전극이 모두 구동체에 접촉하지 않도록 절연층을 더 포함하는 구조일 수 있다.
또는, 본 발명의 전계구동 셀은 두 전극 중 하나의 전극만 구동체에 접촉하고 나머지는 구동체에 접촉하지 않도록 하는 절연층을 포함하는 구조일 수 있다. 하나의 전극만이 구동체에 접촉하는 경우, 구동체에 접촉하는 전극 측에 제어전극이 추가적으로 형성될 수 있다.
나아가 본 발명의 전계구동 셀은 제1전극과 제2전극이 대향되어 위치하는 두 개의 기판에 각각 위치하되 제1전극과 제2전극이 서로 마주하지 않도록 위치하고, 대향되어 위치하는 두 개의 기판 사이에 형성된 구동공간에 구동체가 위치하여 상기 제1전극과 상기 제2전극의 사이를 이동하는 구조일 수 있다. 이때, 제1전극이 형성된 위쪽 기판과 제1전극이 투명한 재질이고, 위쪽 기판의 제1전극이 형성되지 않은 부분에는 광흡수층이 형성되며, 제2전극이 형성된 아래쪽 기판에 전체적으로 광흡수층이 형성된 구조이거나, 제1전극이 형성된 위쪽 기판이 투명한 재질이고, 위쪽 기판의 제1전극이 형성된 부분에 광흡수층이 형성된 구조일 수 있다.
또한 본 발명에 의한 전계구동 디바이스는 상기한 전계구동 셀을 복수로 구비할 수 있다.
이러한 전계구동 디바이스는 전계구동 디스플레이 디바이스일 수 있으며, 특히 전자종이 디스플레이 디바이스일 수 있다.
그리고 본 발명에 의한 전계구동 셀의 작동방법은,
서로 이격된 제1전극과 제2전극, 및 상기 전극들 사이를 이동하는 구동체를 포함하는 전계구동 셀을 구동하는 방법으로서,
상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 직류형태 또는 펄스형태의 전압을 인가하여, 상기 구동체의 위치를 조절하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제1전극 또는 제2전극에 인가되는 직류형태 전압의 크기를 조절하여 구동체의 위치를 조절하거나, 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 모양, 펄스의 지속시간을 조절하여 구동체의 위치를 조절한다.
특히, 구동체를 위치시키려는 전극의 반대쪽 전극에 직류형태 또는 펄스형태 전압을 인가하는 방법으로 구동체의 위치를 조절하며, 펄스형태 전압의 전위변화속도가 구동체 또는 구동체 표면에서 전하가 재 분포되는 속도보다 크거나 같은 것이 바람직하다.
이때, 펄스형태 전압이 나타내는 펄스 파형이 사각파, 사인파 또는 삼각파 중에서 선택된 하나일 수 있다. 이러한 펄스 파형은 대표적인 형태를 예시한 것이며, 이에 한정되지 아니하고 이를 변형한 다양한 형태를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 직류형태 또는 펄스형태의 전압 및 영구전하를 띠지 않는 구동체를 이용하여, 외부 전위에 의해 구동체의 전위와 위치를 임의로 조절함으로써, 구동전압을 낮출 수 있고, 고속 구동이 가능하며, 컬러화가 가능한 새로운 전계구동 셀을 제공한다.
본 발명의 전계구동 셀은 광스위치, 전기스위치 및 디스플레이 등 다양한 분야에 사용될 수 있으며, 특히 반사형 전자종이 디스플레이 디바이스에 적용가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계구동 셀의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 전계구동 셀에 사용되는 구동체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 전계구동 셀의 전극에 가해지는 전압의 펄스파형의 예를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전계구동 셀의 구조를 나타내는 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계구동 셀의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2 내지 도 4는 이에 사용되는 구동체의 단면도이다.
본 실시예에 따른 전계구동 셀은 제1전극(210)과 제2전극(220), 구동체(100) 및 제어부(300)를 포함한다.
제1전극(210)과 제2전극(220)은 서로 이격되어 기판(600)의 위에 위치한다.
기판(600)은 유리 또는 플렉서블 기판을 이용한 투명 기판일 수 있고, 제1전극(210)과 제2전극(220)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 전도성 물질이나, Cr, Al, Mo 등의 불투명한 도전 물질이나, PEDOT 화합물과 같은 전도성 고분자로 형성될 수 있다.
제1전극(210)과 제2전극(220)은 기판(100) 위로 돌출되어 구동체(100)와 직접 접촉한다. 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격은 적용되는 디바이스의 용도에 따라서 선택된다.
구동체(100)는 제1전극(210)과 제2전극(220)의 사이의 공간을 이동할 수 있으며, 영구전하를 갖지 않고 인가되는 전압상태에 따라 결정되는 시간 동안 양 또는 음전하로 대전될 수 있다.
이러한 구동체(100)는 추후에 설명할 이유에 의하여 제1전극(210) 및 제2전극(220)과 사이에서 높은 접촉저항을 가져야 하며, 이를 위하여 구형 또는 원통형으로 제작된다. 구형의 구동체(100)는 제1전극(210) 및 제2전극(220)과 점접촉을 하여 접촉 면적이 좁기 때문에, 접촉저항이 높으며, 높은 접촉저항을 이용하여 구동체를 원하는 시간동안 절연상태로 만들 수 있다. 도시하지는 않았지만 원통형의 구동체는 제1전극 및 제2전극과 점접촉 또는 선접촉을 하여 접촉 면적이 좁으므로 구형의 구동체(100)와 거의 유사한 거동을 한다.
또한 구동체(100)의 크기는 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 간격과 동일하거나 그보다 작으며, 그 지름이 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 정도일 수 있다.
한편, 구동체(100)는 영구전하는 갖지 않지만, 전극에 의해서 양 또는 음전하로 대전되도록 전도성물질로 이루어져야 하나, 대전된 전하는 대전체의 표면에 위치하므로 구동체(100) 전체가 전도성물질로 이루어져야 하는 것은 아니다. 따라서 도 2에 도시된 것과 같이 절연체 베이스(110)에 전도성물질을 코팅하여 전도성층(120)을 형성한 구조로 구동체(100)를 제작할 수 있다. 전도성층(120)의 두께는 10~10,000Å 범위의 값을 가질 수 있으며, 절연체 베이스(110)의 크기에 따라서 결정된다. 전도성층(120)의 두께는 절연체 베이스(110)에 대한 비율로 결정될 수 있으며, 실험적으로 제작된 구동체(100)는 전도성층(120)을 절연체 베이스(110) 지름의 약 20%정도로 코팅하였으나, 이 범위에 한정되지 않는다.
이때, 구동체(100)의 구동에 필요한 힘과 구동속도는 구동체(100)의 무게에 반비례하므로, 무게가 가벼우면서도 유전 특성이 있는 고분자 재질의 절연체 베이스(110)를 사용한다.
그리고 전도성층(120)은 전기적 특성이 좋은 금, 알루미늄 등의 금속이나, 투명 전도성 산화물 또는 전도성 고분자 등의 전도성 물질을 사용할 수 있다.
전계구동 셀이 적용되는 분야에 따라서 구동체(100)의 색이 중요할 수 있으며, 이를 위해 도 3에 도시된 구동체(100)는 컬러층(130)을 더 포함한다.
컬러층(130)은 흰색, 적색, 녹색, 청색, 노란색, 마젠타, 시안 또는 원하는 임의의 색 중에서 선택된 어느 하나의 색을 가질 수 있으며, 반사되는 광을 배제하기 위해 검은색의 비투과성 물질로 이루어질 수도 있다.
이러한 컬러층(130)을 포함하는 구동체(100)의 전도성층(120)은 컬러층(130)의 색이 나타나도록 ITO, IZO, ZnO, SnO2와 같은 투명 전도성 물질을 사용한다.
도 4에는 전체가 반도체 물질(140)로 제작된 구동체(100)를 도시하였다. 금속산화물, 실리콘 등과 같은 반도체 성질을 띤 물질(140)로 이루어진 구동체(100)는, 그 반도체적 특성으로 인해 가해진 전계에 따라 표면에 전하가 유도되므로, 전도성 물질이 코팅된 구동체와 같은 특성을 나타낼 수 있다.
같은 이유로 도 2 또는 도 3에 도시된 구동체의 전도성층(120)을 반도체 물질로 대체하는 것도 가능할 것이다. 대표적인 반도체 성질의 금속산화물은 ZnO와 SnO 이다.
제어부(300)는 제1전극(210)과 제2전극(220)에 연결되어 그에 인가되는 전압을 제어하며, 직류형태 또는 펄스형태의 전압을 전극에 인가하고 그 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 파형, 펄스의 지속시간을 조절할 수 있다.
이하에서는 도 1과 같이 구성된 실시예에 따른 전계구동 셀의 작동방법에 대하여 설명한다. 본 방법은 구동체(100)가 초기단계에서 제2전극(220)에 접촉하고 있는 경우를 가정한 것이다.
도 1과 같이 구성된 전계구동 셀에서 제1전극(210)과 제2전극(220)에 전압을 인가하여 전위차를 발생시키면, 영구전하를 갖지 않은 구동체(100)는 접촉하고 있던 제2전극(220)으로 부터 전하가 이동하여 대전될 것이다.
제2전극(220)에 의해 대전된 구동체(100)의 전위가 제2전극(220)의 전위와 같아지면, 제2전극(220)과 구동체(100) 사이의 전기력은 소멸되고, 제1전극(210)과 구동체(100) 사이의 전기력에 의하여 구동체(100)가 제1전극(210)쪽으로 이동한다.
그리고 제1전극(210)쪽으로 이동한 구동체(100)는 제1전극(210)에 접촉하여 제1전극(210)의 전위와 같은 전위를 갖게 된다. 그 결과 제1전극(210)과 구동체(100) 사이의 전기력이 소멸되고, 제2전극(220)과 사이에 작용하는 전기력에 의하여 다시 제2전극(220)쪽으로 이동하여, 구동체(100)는 두 전극의 사이를 계속하여 왕복하게 된다.
그러나 본 실시예에 따른 전계구동 셀은 구동체(100)와 전극(210, 220)이 접촉하는 면적이 좁아서 매우 큰 접촉저항을 갖기 때문에, 구동체(100)는 전극에 대하여 절연된 상태에 가까울 수 있다. 절연된 상태의 구동체(100)는 전극(210, 220)에 인가되는 전위에 의해서 퍼텐셜이 변하는 한시적 플로팅 퍼텐셜을 가질 수 있다.
이때, 한시적 플로팅 상태에 있는 구동체(100)의 전하 재분포가 완료될 때까지 전극(210, 220)에 인가되는 전위가 변화하지 않는다면, 전하 재분포가 완료된 구동체(100)는 주변 전극(210, 220)이 갖는 전위의 임의의 사이 값으로 정의되는 플로팅 전위값을 갖게 되며, 근접한 제2전극(220)과 구동체(100)사이의 전기력이 제1전극(210)과 구동체(100)사이의 전기력보다 크기 때문에 구동체(100)는 제2전극(220)의 위치에 정지된다.
반면에, 한시적 플로팅 상태에 있는 구동체(100)의 전하 재분포가 완료되기 전에 전극(210, 220)에 인가되는 전위에 변화를 가하면, 전하 재분포가 완료되지 않은 구동체(100)와 그에 근접한 제2전극(220)사이의 전위차가 0 또는 0에 가까운 상태를 만들 수 있으며, 제1전극(210)과 구동체(100)사이에는 상대적으로 큰 전위차가 형성되어, 전극과 구동체 사이의 전기력에 변화가 생긴다. 결과적으로 구동체(100)는 제2전극(220)과는 전기력이 작용하지 않고 제1전극(210)과 사이에서 작용하는 전기력에 의하여 제1전극(210) 쪽으로 이동한다.
요약하면, 한시적 플로팅 상태에 있는 구동체(100)를 위치시키고자 하는 측의 전극 또는 구동체가 위치해 있는 전극에 일정한 전압 또는 구동체(100)의 표면전하가 재 분포되는 시간보다 빠르게 변화하는 전압을 인가하는 방법으로 이동시키고자 하는 전극과 구동체(100) 사이에 인력으로 작용하는 전기력을 발생시켜 구동체(100)의 위치를 조절할 수 있다.
이때 구동체(100)의 전하 재분포가 완료되기 전에 전극(210, 220)에 인가되는 전압을 빠르게 변화시키는 방법으로써, 전극(210, 220)에 펄스형태의 전압을 인가한다.
본 실시예의 전계구동 셀은 이상과 같이 펄스형태 전압과 영구전하를 갖지 않으며 내부가 고분자 재질의 절연체 베이스인 구동체(100)를 사용하기 때문에, 낮은 구동전압으로 구동이 가능하고 응답속도도 빠른 장점이 있다.
도 5에 나타낸 것과 같이 펄스형태의 전압은 전압이 상승하고 하강하는 시간이 0 또는 0에 가까운 사각파 또는 전압이 곡선형으로 변하는 사인파의 파형일 수 있다. 이러한 펄스형태 전압이 나타내는 전위 변화속도는 펄스파형의 기울기로 계산되며, 전극(210, 220)의 전위 변화속도는 구동체(100) 표면에서 전하가 재 분포되는 속도보다 크거나 같아야한다.
이는 전극(210, 220)에 직류형태의 전압을 가하는 방법으로도 가능하다. 구동체(100)가 제2전극(220)에 위치한다면 제2전극(220)에 인가된 전계의 크기와 인가 시간에 의해 플로팅 퍼텐셜이 정의가 될 것이며, 이 구동체(100)의 플로팅 퍼텐셜과 제2전극(220)에 인가된 전계 사이의 인력이 거의 사라지게 되면 제1전극(210)에 인가되는 전계와의 사이에서의 전기력이 생겨 제2전극(210)으로 구동체(100)의 위치가 변하게 되는 방법으로 동작하게 된다.
따라서 제1전극(210)과 제2전극(220)에 인가하는 전계의 형태는 다음과 같은 모든 형태가 가능하며, 다음과 같은 방법은 하기에 설명된 전계 구동 셀 이외에 본 발명으로 적용이 가능한 모든 구조의 전계 인가 방법일 수 있다.
구분 제1전극(210) 제2전극(220)
방법1 직류형태 직류형태
방법2 펄스형태 직류형태
방법3 직류형태 펄스형태
방법4 펄스형태 펄스형태
도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 전계구동 셀의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 같은 번호를 사용한 요소는 동일한 구성요소이며, 반복되는 설명은 생략한다.
도 6에 도시된 실시예의 전계구동 셀은 제1전극(210)과 제2전극(220)이 구동체(100)에 접촉하지 않도록 절연층(400)이 형성된다. 도 6에 도시한 실시예는 제1전극(210)과 제2전극(220)이 같은 층에 위치하지만, 두 전극 중에서 어느 하나는 절연층(400)으로 구분이 되어 다른 층에 위치할 수도 있다.
이러한 구조에서는 전극(210, 220)이 구동체(100)와 접촉하지 않기 때문에 구동체(100)의 전위를 정확하게 정의하기 어렵지만, 2개의 전극(210, 220)이 갖는 전위의 사이 값을 갖게 될 것이고, 전극(210, 220)에 인가되는 직류형태 또는 펄스형태 전압의 크기와 전위변화 속도를 조절하여 구동체(100)의 위치를 조절할 수 있다.
도 7에 도시된 실시예의 전계구동 셀은 제1전극(210)과 구동체(100)가 접촉하지 않도록 절연층(400)이 형성되며, 제2전극(220)은 구동체(100)와 직접 접촉한다. 제2전극(220)이 구동체(100)와 직접 접촉하기 때문에 구동체(100)의 전위를 정확하게 조절할 수 있는 장점이 있다. 상기에 서술된 전계 인가 방법으로 동작시킬 수 있으며, 만일 구동체(100)의 위치가 제2전극(220)에 위치하고 충분한 시간이 흐른다면, 구동체(100)와 제2전극(220) 사이의 전위가 같아지게 되고 쉽게 제1전극(210)으로 위치가 변하게 된다. 이렇게 되면 구동체(100)의 위치가 원치 않는 시간에 제1전극(210)에 있게 된다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 도 8에 도시된 전계구동 셀의 실시예와 같이 도 7에 도시된 전계구동 셀에서 제2전극(220) 측에 제어전극(500)이 추가 형성된다. 제어전극(500)은 구동체(100)에 접촉하지 않으며, 제2전극(220)과는 절연된다. 제어전극(500)은 전기력을 통해 원하는 시간동안 구동체(100)를 제2전극(220)의 위치에 고정시키는 역할을 하며, 이를 통해 전자종이 디스플레이에 필요한 메모리 효과를 얻을 수 있다. 메모리 효과를 얻기 위해 제어전극(500)에 인가할 수 있는 전계 형태도 직류형태와 펄스형태 모두 사용이 될 수 있다.
도 9 또는 도 10에 도시된 실시예의 전계구동 셀은 도 7과는 유사한 구조이지만 수평 구동이 아닌 수직 또는 대각방향 구동을 위한 전계구동 셀의 일종으로, 반사형 또는 투과형으로 적용이 가능한 구조이다.
이러한 구조는 제1전극(210)과 제2전극(220)이 대향되어 위치하는 별개의 기판(610, 620)에 각각 위치하되 제1전극(210)과 제2전극(220)이 서로 마주하지 않도록 위치하고, 대향되어 위치하는 별개의 기판(610, 620) 사이에 형성된 구동공간(800)에 구동체(100)가 위치하는 구조이다. 이 구조를 통해서 수평구조 보다는 낮은 구동 전압이 예상되며, 개구율 향상의 효과를 볼 수 있을 것이다.
특히, 반사형 디스플레이에 적용하기 위한 전계구동 셀은 광흡수층(700)을 더 포함하며, 구동체(100)가 빛을 반사하는 반사체인 경우와 빛을 흡수하는 흡수체일 경우에 따라 셀의 구조가 달라진다.
도 9에 도시된 실시예의 전계구동 셀은 구동체(100)가 백색 및 컬러로 코팅이 된 반사체인 경우를 나타낸 것이다.
빛이 입사되고 반사되어 방출되는 위쪽의 기판(610)과 제1전극(210)은 투명 물질로 제작이 되어야 한다. 제2전극(220)은 투명 또는 불투명 전도성 물질 모두 가능하지만, 아래 기판(620)에서 빛이 반사되는 것을 막기 위하여 아래 기판(620)에는 광흡수층(700)이 형성된다. 위쪽 기판(610)에서 제1전극(210)이 형성되지 않은 부분인 제2전극(220)에 대향된 부분은 광흡수층(700)이 형성되어, 도시된 것과 같이 구동체(100)가 제2전극(220) 측에 위치하는 경우에는 구동체(100)가 빛을 반사하지 않으므로 검은색이 외부로 나타난다. 반대로 구동체(100)가 전계에 의해서 제1전극(210)으로 이동하게 되면 구동체(100)가 빛을 반사하여 구동체(100)에 코팅된 백색 또는 컬러색이 외부로 나타난다.
도 10에 도시된 실시예의 전계구동 셀은 구동체(100)가 검은색으로 빛을 흡수하는 흡수체인 경우를 나타낸 것이다.
빛이 입사되는 위쪽의 기판(610)은 투명 물질로 제작이 되어야 한다. 제2전극(220)이 반사체로서 작용을 하기 때문에 알루미늄, 은 등과 같이 반사 특성이 좋은 전도성 물질로 제작하는 것이 좋으며 아래 기판(620)에는 광흡수층을 형성하지 않는다. 반면에 위쪽 기판(610)에는 제1 전극(210)쪽에만 광흡수층(700)이 형성된다. 따라서 도시된 것과 같이 빛을 흡수하는 구동체(100)가 제2전극(220) 측에 위치하는 경우에 구동체(100)가 제2전극(220)에서의 반사를 막으므로 검은 색이 외부로 나타난다. 반대로, 구동체(100)가 전계에 의해서 제1전극(210)으로 이동하게 되면, 제2전극(220)에 반사되는 빛이 외부로 나타난다. 이때 컬러를 나타내기 위해서는 제2전극(220)에 컬러를 코팅하거나, 투명한 제2전극(220)의 밑에 컬러층을 위치시키면 된다.
본 발명의 전계구동 셀을 여러 개 포함하는 어레이 형태로 구성되는 전계구동 디바이스는 광스위치, 전기스위치 또는 디스플레이 디바이스 등의 용도로 적용될 수 있으며, 특히 전자종이에 적용이 가능하다.
본 발명의 전계구동 셀을 흑백으로 표현하는 전자종이에 적용하는 경우에는 구동체(100)가 백색 또는 흑색으로 구성된다.
그리고 컬러를 표현하는 전자종이에 적용하는 경우에는 구동체(100)를 여러 색의 혼합으로 구성할 수 있어, 별도의 색필터를 사용하지 않을 수 있다. 가법혼합으로 색을 구현하는 경우 적색, 녹색, 청색의 구동체로 구성하고, 감법혼합으로 색을 구현하는 경우 노란색, 마젠타색, 시안색의 구동체로 구성할 수 있다. 또한, 상기한 6가지 색의 구동체를 모두 사용할 수 있으며, 상기한 색상 중 일부를 갖는 구동체와 흑색 또는 백색의 구동체를 함께 사용할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 구동체 110: 절연체 베이스
120: 전도성층 130: 컬러층
140: 반도체 물질 210: 제1전극
220: 제2전극 300: 제어부
400: 절연층 500: 제어전극
600, 610, 620: 기판 700: 광흡수층
800: 구동공간

Claims (24)

  1. 서로 이격된 제1전극과 제2전극; 및
    상기 제1전극과 상기 제2전극의 사이를 이동하는 구동체를 포함하고,
    상기 구동체는 영구적인 전하를 갖지 않으며,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극에 직류형태 또는 펄스형태 전압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 인가되는 직류형태 전압의 크기 또는 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 파형, 펄스의 지속시간 중에 적어도 하나 이상을 조절하여, 상기 구동체의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 인가되는 직류형태 전압의 크기 또는 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 파형, 펄스의 지속시간을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동체가 양 또는 음전하로 대전될 수 있는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 구동체가 구형 또는 원통형인 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동체가 절연체 베이스에 전도성물질 또는 반도체 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동체가 반도체 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 구동체가 절연체 베이스, 상기 절연체 베이스 위에 코팅된 컬러층, 및 상기 컬러층 위에 코팅된 투명 전도성층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극이 상기 구동체에 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극이 상기 구동체와 접촉하지 않도록 하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극 중에 하나의 전극이 상기 구동체와 접촉하지 않도록 하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2전극이 상기 구동체와 직접 접촉하고, 상기 제2전극 측에 제어전극이 형성되며, 상기 제어전극이 상기 제2전극 및 상기 구동체와 접촉하지 않도록 하는 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  13. 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극이 대향되어 위치하는 두 개의 기판에 각각 위치하되 상기 제1전극과 상기 제2전극이 서로 마주하지 않도록 위치하고, 상기 대향되어 위치하는 두 개의 기판 사이에 형성된 구동공간에 상기 구동체가 위치하여 상기 제1전극과 상기 제2전극의 사이를 이동하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1전극이 형성된 위쪽 기판과 상기 제1전극이 투명한 재질이고, 상기 위쪽 기판의 상기 제1전극이 형성되지 않은 부분에는 광흡수층이 형성되며, 상기 제2전극이 형성된 아래쪽 기판에 전체적으로 광흡수층이 형성된 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1전극이 형성된 위쪽 기판이 투명한 재질이고, 상기 위쪽 기판의 상기 제1전극이 형성된 부분에 광흡수층이 형성된 것을 특징으로 하는 전계구동 셀.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15의 전계구동 셀을 복수로 구비하는 것을 특징으로 하는 전계구동 디바이스.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 전계구동 디바이스가 디스플레이 디바이스인 것을 특징으로 하는 전계구동 디바이스.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 전계구동 디스플레이 디바이스가 전자종이인 것을 특징으로 하는 전계구동 디스플레이 디바이스.
  19. 서로 이격된 제1전극과 제2전극, 및 상기 전극들 사이를 이동하는 영구전하를 갖지 않는 구동체를 포함하는 전계구동 셀을 작동하는 방법으로서,
    상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 직류형태 또는 펄스형태의 전압을 인가하여, 상기 구동체의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀의 작동방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 인가되는 직류형태 전압의 크기를 조절하여 상기 구동체의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀의 작동방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1전극 또는 상기 제2전극에 인가되는 펄스형태 전압의 크기, 전위변화속도, 펄스의 모양, 펄스의 지속시간을 조절하여 상기 구동체의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀의 작동방법.
  22. 청구항 20 또는 청구항 21에 있어서,
    상기 구동체를 위치시키려는 자리의 반대쪽에 위치하는 전극에 직류형태 또는 펄스형태 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 전계구동 셀의 작동방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 펄스형태 전압의 전위변화속도가 상기 구동체에 전하가 재 분포되는 속도보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 전계구동 셀의 작동방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 펄스형태 전압이 나타내는 펄스 파형이 사각파, 사인파 또는 삼각파 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 전계구동 셀의 작동방법.
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