KR20120068569A - 광 차폐 장치 및 이를 구비한 전자 기기 - Google Patents

광 차폐 장치 및 이를 구비한 전자 기기 Download PDF

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Abstract

광 차폐 장치와 이를 이용하는 촬상 장치나 디스플레이 장치와 같은 전자 기기가 개시된다. 광 차폐 장치는 베이스판(base plate), 롤업 블레이드(rollup blade), 및 구동부(driving unit)를 포함한다. 베이스판은 하부 전극을 포함하며, 광이 통과하는 광 투과 영역(light transmitting portion)을 갖는다. 그리고 롤업 블레이드는 상부 전극을 포함하는데, 광학적 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함한다. 그리고 구동부는 베이스판 및 롤업 블레이드와 전기적으로 연결되어 롤업 블레이드를 구동시켜서, 베이스판의 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양을 제어한다. 롤업 블레이드의 외주면은 반사 방지면을 형성할 수 있다.

Description

광 차폐 장치 및 이를 구비한 전자 기기{Light screening apparatus and electronic device including the same}
광학 장치(optical apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광 차폐 장치(light screening apparatus)와 이를 구비한 전자 기기(electronic device)에 관한 것이다.
광 차폐 장치는 빛의 통과를 차단하는 장치를 총칭한다. 광 차폐 장치의 하나인 광 셔터(optical shutter)는 선택적으로 빛이 통과되도록 할 수 있는 장치이다. 예를 들어, 카메라에 구비되는 광 셔터는 카메라의 렌즈를 통과하여 이미지 센서에 도달하는 빛을 차단하거나 개방할 수 있다. 그리고 광 셔터의 동작 속도 및/또는 카메라 렌즈를 차단하는 면적(즉, 개방되는 카메라 렌즈의 면적)을 변화시킴으로써, 광 셔터는 이미지 센서로 광이 수신되는 시간 및/또는 수신되는 광량 등을 조절할 수 있다. 광 셔터 등과 같은 광 차폐 장치는 카메라 이외에도 일시적인 또는 영구적인 광 차폐 기능이나 또는 선택적인 광의 차폐와 통과가 요구되는 다른 전자 기기(예컨대, 광 스위칭 소자(optical switching device))에도 이용될 수 있다.
광 셔터로는 기계적으로 작동하는 기계식 광 셔터와 전자식 광 셔터가 있다. 전자식 광 셔터는 이미지 센서의 온(on)/오프(off)를 제어함으로써, 이미지 센서가 빛을 수신하는 것 자체 및/또는 수신 시간을 제어할 수 있다. 이러한 전자식 광 셔터는 회로적인 방법으로 동작을 하므로, 카메라 모듈의 크기에 제약이 있는 휴대용 디지털 카메라의 광 셔터로서 널리 이용되고 있다. 그런데 전자식 광 셔터는 카메라 모듈의 화소수가 증가하면서 이미지 끌림 현상이 나타나는 단점을 보이고 있다.
최근 모바일 기기에 장착되는 카메라 모듈의 화소수가 높아 지면서, 기계적 광 셔터에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 디지털 카메라를 비롯하여 카메라 모듈을 구비한 전자 기기들이 소형화 및 박형화되고 있으므로, 전자 기기에 채용되기 위해서는 기계적 광 셔터 또한 그 크기나 두께를 작게 하여 제조될 수 있어야 하고 아주 빠른 응답(셔터링) 속도를 지원할 수 있어야 한다. 본 출원의 출원인과 동일한 출원인에 의하여 출원되어 2009년 6월 30일자로 공개된 한국공개특허 제2009-0055996호, "셔터 및 이를 구비한 마이크로 카메라 모듈"에는 복수 개의 롤업 블레이드를 이용하여 빠른 응답 속도를 얻을 수 있는 기계적 광 셔터의 일례가 개시되어 있다.
한편, 디스플레이 장치의 제조 기술이 발달하고 디스플레이 장치가 고화질화, 고기능화, 및 보편화됨에 따라서, 대부분의 전자 기기에는 디스플레이 장치가 구비되어 있다. 특히, 휴대용 전자 기기에는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널 등을 이용한 터치 스크린이 디스플레이 장치로서 필수적으로 구비되고 있는 추세이다. 디스플레이 장치는 투과형과 반사형의 두 가지 종류가 있는데, 전자는 패널을 통과한 빛을 이용하는 디스플레이 장치이고 후자는 패널을 반사하는 빛을 이용하는 디스플레이 장치이다. 투과형 디스플레이 장치는 어두운 환경에서는 시인성이 높은 반면 주위가 밝은 야외나 실내에서는 시인성이 낮고, 반사형 디스플레이 장치는 반대로 어두운 환경에서는 시인성이 낮지만 밝은 환경에서는 시인성이 높다.
최근에는 이러한 투과형 디스플레이 장치와 반사형 디스플레이 장치의 장점만을 이용할 수 있도록 하는 반투과 디스플레이 장치가 개발되었다. 반투과 디스플레이 장치는 주위 환경의 밝기 등에 따라서 반사 모드나 투과 모드로 선택적으로 동작하므로, 주위 환경의 변화가 빈번한 모바일 전자 기기에 특히 유용하다. 이러한 반투과 디스플레이 장치는 통상적으로 셀을 반사형 구조와 투과형 구조로 분할하여 제조한다. 그 결과, 반투과 디스플레이 장치는 기존의 단일 모드 디스플레이 장치, 즉 투과형 디스플레이 장치나 반사형 디스플레이 장치에 비하여 디스플레이면의 밝기가 낮을 수 밖에 없다.
개방되었을 때 원하지 않는 광의 반사가 생기는 것을 방지하는 광 차폐 장치를 제공한다.
광 차폐 장치를 이용하여 잡음 패턴이 생기는 것을 방지함으로써 우수한 이미지 품질을 얻을 수 있는 촬상 장치를 제공한다.
광 차폐 장치를 이용하여 투과 모드와 반사 모드 중에서 선택적으로 동작이 가능하고 또한 각 모드에서 기존의 단일 모드 디스플레이 장치에 비하여 시인성이 떨어지지 않는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 광 차폐 장치는 베이스판(base plate), 롤업 블레이드(roll-up blade), 및 구동부(driving unit)를 포함한다. 베이스판은 하부 전극을 포함하고, 롤업 블레이드는 상부 전극을 포함한다. 롤업 블레이드는 베이스판의 광 투과 영역(light transmitting portion)과 상응되게 배치되어 있는데, 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함한다. 그리고 상부 전극 및 하부 전극과 전기적으로 접속되어 있는 구동부는 롤업 블레이드를 구동하여 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양의 조절한다.
일 실시예에 따른 촬상 장치는 이미지 센서(image sensor), 베이스판, 롤업 블레이드, 및 구동부를 포함한다. 베이스판은 하부 전극을 포함하고, 롤업 블레이드는 상부 전극을 포함하는데, 베이스판의 광 투과 영역은 이미지 센서에 대응하도록 배치되어 있다. 롤업 블레이드는 베이스판의 광 투과 영역(light transmitting portion)과 상응되게 배치되어 있는데, 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함한다. 그리고 상부 전극 및 하부 전극과 전기적으로 접속되어 있는 구동부는 롤업 블레이드를 구동하여 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양의 조절한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 백 라이트 유닛(back light unit), 베이스판, 롤업 블레이드, 칼라 필터(color filter), 및 구동부를 포함한다. 베이스판은 하부 전극을 포함하고 백 라이트 유닛의 상측에 배치되고 있으며, 롤업 블레이드는 상부 전극을 포함한다. 칼라 필터는 롤업 블레이드의 상측에 배치되어 있다. 롤업 블레이드는 베이스판의 광 투과 영역(light transmitting portion)과 상응되게 배치되어 있는데, 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함한다. 그리고 상부 전극 및 하부 전극과 전기적으로 접속되어 있는 구동부는 롤업 블레이드를 구동하여 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양의 조절한다.
광 차폐 장치는 롤업된 롤업 블레이드의 일면에서 광의 반사가 생기는 것을 방지하므로, 이를 구비하는 촬상 장치는 우수한 이미지 품질을 얻을 수 있다. 그리고 광 차폐 장치를 이용하면, 시인성이 우수한 투과반사 겸용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광 차폐 장치의 구성을 보여 주는 사시도로서, 광을 차단시키는 상태이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 광 차폐 장치의 구성을 보여 주는 사시도로서, 광을 통과시키는 상태이다.
도 2b는 도 2a의 광 차폐 장치에 대한 측면도이다.
도 3a의 도 2b의 점선 부분을 확대한 확대도의 일례이다.
도 3b는 도 2b의 점선 부분을 확대한 확대도의 다른 예이다.
도 4는 도 2b의 점선 부분을 확대한 확대도의 또 다른 예이다.
도 5a는 다른 실시예에 따른 광 차폐 장치의 구성을 보여 주는 사시도로서, 광을 차단시키는 상태이다.
도 5b는 다른 실시예에 따른 광 차폐 장치의 구성을 보여 주는 사시도로서, 광을 통과시키는 상태이다.
도 6은 광 차폐 장치를 구비하는 일 실시예에 따른 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 반사투과 겸용 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 단면도로서, 반사 모드로 동작하는 경우이다.
도 8a 및 도 8b는 일 실시예에 따른 반사투과 겸용 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 단면도로서, 투과 모드로 동작하는 경우이다.
도 9a는 디스플레이 장치가 투과 모드로 동작할 경우에 픽셀의 계조를 표현하는 방법의 일례를 설명하기 위한 것이다.
도 9b는 디스플레이 장치가 반사 모드로 동작할 경우에 픽셀의 계조를 표현하는 방법의 일례를 설명하기 위한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다. 그리고 제1 물질층이 제2 물질층 상에 형성된다고 할 경우에, 그것은 제1 물질층이 제2 물질층의 바로 위(directly on)에 형성되는 경우는 물론, 명시적으로 이를 배제하는 기재가 없는 한, 다른 제3의 물질층이 제2 물질층과 제1 물질층 사이에 개재되어 있는 것도 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1 및 도 2a는 일 실시예에 따른 광 차폐 장치(100)의 구성을 보여 주는 사시도이고, 도 2b의 도 2a의 광 차폐 장치(100)에 대한 측면도이다. 도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 광 차폐 장치(100)는 베이스판(base plate, 110), 롤업 블레이드(rollup blade, 120), 및 구동부(driving unit, 130)를 포함한다(다만, 도시의 편의를 위하여 도 2a 및 도 2b에서 구동부(130)에 대한 도시는 생략하였다). 광 차폐 장치(100)는 그 자체가 하나의 광 셔터로 기능하거나(도 7a 및 도 7b 참조) 또는 광 셔터를 구성하는 일 부분일 수도 있다(도 5a 및 도 5b 참조). 도 1은 광 차폐 장치(100)가 구동되어 광을 차단시키는 상태를 도시한 것으로서, 설명의 편의를 위하여 베이스판(110)과 롤업 블레이드(120)를 분리하여 도시하였다. 그리고 도 2a 및 도 2b는 도 1의 광 차폐 장치(100)가 광을 통과시키는 상태를 도시한 것이다.
베이스판(110)은 광이 통과할 수 있는 광 투과 영역(light transmitting portion, 110a)을 갖는데, 광 투과 영역(110a)은 투명(transparent)하거나 또는 반투명(translucent)일 수 있다. 광 투과 영역(110a)은 롤업 블레이드(120)가 도 2a에 도시된 것과 같이 위로 말려 있는 상태, 즉 롤업된 상태에서 빛이 통과할 수 있는 투광부에 해당된다. 예를 들어, 광 차폐 장치(100)가 촬상 장치의 광 셔터(optical shutter)로 기능하는 경우에는, 베이스판(110)의 광 투과 영역(110a)은 촬상 장치의 광 경로 상에 위치하여 광 투과 영역(110a)을 통과한 광은 광학 렌즈를 거쳐서 이미지 센서에 도달한다. 그리고 도 1에 도시된 바와 같이 롤업 블레이드(120)가 구동되면, 펴진 롤업 블레이드(120)에 의해서 광 투과 영역(110a)은 일부 또는 전부가 가려지므로 광 투과 영역(110a)을 통해 통과하는 광의 양 조절이 가능하다. 광 투과 영역(110a)이 아닌 베이스판(110)의 영역은 광학적으로 투명하거나 또는 불투명할 수 있다.
베이스판(110)의 형상은 도 1에 도시한 일 예와 같이 평평(flat)한 모양을 가질 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다. 베이스판(110)은 필요에 따라 제한 없이 여러 가지 다른 형태(일 예로, 횐(curved), 굽은 (banded), 또는 굴곡을 가진 모양)를 가질 수도 있다. 그리고 광 투과 영역(110a)의 모양도 특별한 제한이 없는데, 사각형, 원형, 타원형, 다각형 등이 될 수 있다. 베이스판(110)은 기판(substrate, 112)과 하부 전극(lower electrode, 114)을 포함한다. 기판(112)은 전체가 투명 또는 반투명한 재질로 형성되거나 또는 적어도 광 투과 영역(110a)을 포함하는 일부 영역만 투명 또는 반투명한 재질로 형성될 수도 있다. 기판(112)은 유리 기판(glass substrate)일 수 있으나 여기에만 한정되는 것은 아니며, 투명 또는 반투명한 다른 물질, 예컨대 석영(quartz), 플라스틱(plastic), 또는 실리카(silica) 등의 물질로 형성될 수도 있다.
하부 전극(114)은 투명 또는 반투명하고 또한 전기 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 전극(114)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)나 투명 또는 반투명한 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 전도성 폴리머(conductive polymer) 등으로 형성될 수 있다. 하부 전극(114)은 구동부(130)와 전기적으로 연결되어서 광 차폐 장치(100), 보다 구체적으로는 롤업 블레이드(120)를 구동시키기 위한 구동 전극의 하나로 기능한다.
하부 전극(114)은 기판(112)의 상면에 형성되거나 또는 기판(112)에 임베드(embed)되어 있을 수 있다. 그리고 하부 전극(114)은 광 투과 영역(110a)의 전면을 덮도록 형성되거나 또는 광 투과 영역(110a) 내에서 소정의 패턴을 갖도록 일 부분에만 형성될 수도 있다. 후자의 경우보다 전자의 경우에, 하부 전극(114)은 롤업 블레이드(120)의 상부 전극과 보다 큰 인력을 발생시킬 수 있으므로, 롤업 블레이드(120)는 보다 빨리 구동되어 펴질 수 있다. 하지만, 본 실시예가 여기에만 한정되는 것은 아니며, 하부 전극(114)은 광 투과 영역(110a)의 일부 영역에만 형성되거나 또는 광 투과 영역(110a)과 그 주변 영역에 걸쳐서 형성될 수도 있다.
롤업 블레이드(120)는 베이스판(110)과의 사이에 구동력이 가해지지 않으면 소정의 곡률을 가지고 위로 말려 있는 상태로 존재한다(도 2a 및 도 2b 참조). 이 상태에서는 적어도 베이스 기판(110)의 투명 영역(110a)은 노출되며, 외부로부터 입사되는 광은 투명 영역(110a)을 통과할 수 있다. 반면, 구동부(130)로부터 롤업 블레이드(120)와 베이스판(110)과의 사이에 소정의 구동력이 가해지면, 롤업 블레이드(120)는 펴져 있는 상태가 된다(도 1 참조). 이 상태에서는 베이스판(110)의 광 투과 영역(110a)은 롤업 블레이드(120)에 의하여 가려지며, 외부로부터 입사되는 광은 차단된다. 도 1에 도시된 것과 달리, 롤업 블레이드에 의하여 입사광이 부분적으로 차단될 수 있다는 것은 자명하다.
광이 차단될 수 있도록, 롤업 블레이드(120)는 광이 통과하지 못하는 특성을 갖는 하나 또는 그 이상의 물질층을 포함할 수 있다. 광 차폐 장치(100)는 도 1, 도 2a, 및 도 2b에 도시된 바와 같이 광 투과 영역(110a)을 전부 커버할 수 있는 크기를 갖는 하나의 롤업 블레이드(120)만을 가지거나 또는 광 투과 영역(110a)을 면적 분할하여 커버하도록 복수 개의 롤업 블레이드를 포함할 수도 있다(도 5a 및 도 5b 참조).
그리고 롤업 블레이드(120)는 고정부(fixing portion, 120a)와 가동부(moving portion, 120b)으로 구분될 수 있다. 롤업 블레이드(120)는 고정부(120a)에서 고정되는데, 도시된 바와 같이 베이스판(110)의 일 측부(광 투과 영역(110a)의 바깥쪽)에 고정될 수 있다. 이와는 달리, 고정부(120a)는 베이스판(110)의 외부나 그 상측에 배치된 다른 구조물(도시하지 않음)에 고정이 될 수도 있다. 고정부(120a)를 제외한 롤업 블레이드(120)의 나머지 부분은 구동부(130)의 제어에 따라서 펴지거나 또는 위로 말리는 가동부(120b)이다. 예를 들어, 구동부(130)에 의하여 구동 전압이 인가되어 베이스판(110)과 롤업 블레이드(120) 사이에 서로 반대되는 전위가 형성되면, 베이스판(110)과 롤업 블레이드(120) 사이에는 인력이 작용하여 롤업 상태로 있던 가동부(120b)는 광 투과 영역(110a)을 커버하도록 펴지게 된다. 그리고 인가된 구동 전압이 해제되면 가동부(120b)는 다시 롤업된 상태로 복원된다.
롤업 블레이드(120)는 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함할 수 있다. 광학적 특성이 서로 다른 두 개 또는 그 이상의 면들은 서로 대응되게(도 3a 참조) 배치되거나 또는 같은 쪽에 배치될 수도 있다(미도시). 여기서, 서로 다른 광학적인 특성을 갖는다 것은 광학적 특성이 상이한 이종 물질을 사용하는 것에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 동일한 물질을 사용하는 경우라도, 서로 다른 표면 처리를 하거나 및/또는 패터닝(patterning)을 함으로써, 서로 다른 광학적인 특성을 가진 면들을 형성할 수도 있다.
그리고 롤업 블레이드(120)는 일면, 보다 구체적으로 도 2a 및 도 2b와 같이 롤업 블레이드(120)가 롤업되어 있는 상태에서 롤업 블레이드(120)의 외주면(外周面, outer circumference surface, 122a)은 광의 반사를 방지하는 반사 방지면(anti-reflection surface)을 형성할 수 있다. 여기서, "반사 방지면"이라는 것은 표면으로부터 반사되어 나오는 광이 최소화되는 구조를 가리키는데, 반사 방지면을 형성하는 롤업 블레이드(120)의 외주면(122a)은 광 흑체면(optical black surface)과 같이 까맣게 보인다.
예를 들어, 표면에서의 낮은 반사율(reflectance)은 반사 방지면을 형성할 수 있는 하나의 조건이 될 수 있다. 다만, 내부에서 광 전달율(transmittance)이 높고 또한 내부 반사(internal reflection)에 의하여 되돌아 나오는 광이 상대적으로 많은 경우에는, 비록 표면 반사율이 낮다고 하더라도 반사 방지면을 형성한다고 할 수 없다. 기존의 반사 방지 코팅(Anti-Reflection Coating, ARC)은 광 전달율을 향상시켜서 표면 반사를 감소시키므로 반사 방지면을 형성할 수도 있다. 하지만, 반사 방지 코팅(ARC)의 반대쪽 면에 다른 물질층(예컨대, 롤업 블레이드(120)의 경우에는 상부 전극층(124))이 금속 물질로 형성되어 있고 이로 인하여 상부 전극층(124)에 의해서 내부 반사되어 나오는 광이 많게 된다. 따라서 외주면에 반사 방지 코팅(ARC)만이 추가되어 있는 롤업 블레이드는 반사되어 나오는 광의 양을 최소화시킬 수 없으므로 반사 방지면을 형성한다고 할 수 없다.
롤업 블레이드(120)의 외주면(122a)이 반사 방지면을 형성하지 않을 경우, 롤업된 상태의 롤업 블레이드(120)로 입사된 광의 상당 부분이 외주면(122a)에서 반사된다. 반사광 중의 일부는 외부로 다시 반사되어 나갈 수도 있지만 다른 일부의 광, 특히 롤업된 롤업 블레이드(120)의 측면(광 투과 영역(110a)에 대하여 수직인 롤업 블레이드(120)의 일 부분)에서 반사되는 광은 광 투과 영역(110a)을 통과할 수도 있다. 광 투과 영역(110a)을 통과하는 반사광은 원하지 않는 광 성분으로서, 예를 들어 광 차폐 장치(110)가 촬상 장치의 광 셔터로 사용될 경우에는 이 반사광이 이미지 센서로 수신되므로 촬영 영상에 잡음 패턴(ghost image)을 생기게 할 수도 있다.
잡음 패턴이 생기는 것을 방지하기 위한 하나의 방법은 롤업 블레이드(120)를 광 투과 영역(110a)으로부터 상대적으로 멀리 배치하여, 반사광이 광 투과 영역(110a)을 통과하지 못하도록 하는 것이다. 다만, 이 경우에는 롤업 블레이드(120)의 크기가 증가할 수 밖에 없으므로 롤업 블레이드(120)의 응답 속도가 저하된다. 하지만, 본 실시예와 같이 롤업 블레이드(120)의 외주면(122a)이 반사 방지면을 형성할 경우에는, 이러한 잡음 패턴이 생기는 것을 방지하여 영상의 품질이 열화되는 것을 방지할 수가 있을 뿐만 아니라 응답 속도의 저하 문제도 발생하지 않는다.
상부 전극층(124)을 포함하는 롤업 블레이드(120)의 일면이 반사 방지면을 형성하도록 하는 하나의 방법은, 롤업 블레이드(120)의 반사 방지면이 광 흑체층(optical black layer, 122)을 포함하도록 하는 것이다. 광 흑체층(122)은 통과하는 가시광을 흡수하여 소멸시키는 물질층이다. 이 경우에, 롤업 블레이드(120)는 단일 물질막으로 형성된 광 흑체층(122)과 광 흑체층(122) 상에 형성되어 있는 상부 전극층(124)을 포함할 수 있다. 광 흑체층(122)은 단일 물질막의 단층 구조일 수도 있고(도 3a 참조) 또는 동일한 물질이나 이종 물질로 형성된 다층 구조일 수도 있다(도 3b 참조).
광 흑체층(122)으로 입사되는 광의 상당 부분은 표면에서 반사가 되지 않고 롤업 블레이드(120)의 내부로 들어간다. 그리고 롤업 블레이드(120)의 내부로 들어간 광의 대부분은 광 흑체층(122)을 통과하면서 흡수되어 소멸된다. 광 흑체층(122)에서 소멸되는 광은 외부로부터의 입사광은 물론 상부 전극층(124)에 의해서 내부 반사되어 외주면(122a)쪽으로 나오는 광도 포함된다. 따라서 롤업 블레이드(120)는 광 흑체층(122)의 일면, 즉 상부 전극층(124)이 형성되어 있는 쪽의 반대쪽 면은 반사 방지면(122a)을 형성할 수 있다.
상부 전극층(124)을 포함하는 롤업 블레이드(120)의 일면이 반사 방지면을 형성하도록 하는 다른 하나의 방법은, 롤업 블레이드(120)가 광(예컨대, 가시광)의 강도를 약화시키는 광 흡수층(light absorbing layer)을 포함하는 다층 구조를 갖도록 하는 것이다. 광 흡수층을 포함하는 다층 구조는 흡수형 반사 방지 구조로서 기능한다. 이 경우에, 표면에서 반사되지 않고 내부로 들어간 광은 일차로 광 흡수층을 통과하면서 강도가 약해지며 또한 상부 전극층(124)에 의해서 내부 반사되어 되돌아 나오는 광은, 또 다시 광 흡수층을 통과하면서 강도가 보다 약해질 수 있다. 아울러, 롤업 블레이드(120)를 적어도 3층 이상의 다층 구조로 하여 표면에서 반사되는 광과 내부에서 반사되는 광이 상쇄 간섭을 일으키도록 함으로써, 흡수형 반사 방지 구조는 롤업 블레이드(120)의 반사 방지면으로부터 나오는 광을 최소화시킬 수 있다.
그리고 롤업 블레이드(120)의 다른 일면, 보다 구체적으로 도 2a 및 도 2b와 같이 롤업 블레이드(120)가 롤업되어 있는 상태에서 롤업 블레이드(120)의 내주면(內周面, inner circumference surface, 124a) 또는 도 1과 같이 롤업 블레이드(120)가 펴진 상태에서는 롤업 블레이드(120)의 상면(124a)은 광을 반사하는 반사면(reflection surface)을 형성할 수도 있다. 이와 같이, 서로 다른 광학적인 특성을 가진 면들(앞에서 예시적으로 기술한 바와 같은 반사면과 반사 방지면)은 롤업 블레이드(120)의 대칭 면들(즉, 외주면(122a)과 내주면(124a))에 각각 형성될 수도 있고(도 3a 참조) 또는 같은 쪽(예컨대, 외주면(122a))에 형성될 수도 있다. 다만, 롤업 블레이드(120)의 일면이 반사면을 형성하는 것은 모든 종류의 광 차폐 장치에 필요한 것은 아니며, 광 투과 영역(110a)을 커버한 상태에서 롤업 블레이드(120)의 반사면로부터 반사되어 나오는 광을 이용하는 전자 기기(예컨대, 반사투과 겸용 디스플레이 장치)에 구비될 수 있는데, 이에 관해서는 후술한다.
여기서, "반사면"이라는 것은 단순히 그 표면에서의 반사율(reflectance)이 높은 것만을 가리킬 수 있다. 또한, 표면 반사율이 높을 뿐만 아니라 표면에서 반사되지 않고 내부로 들어간 광이 소멸되지 않고 재반사되어 나오는 다층 구조도 반사면을 형성한다고 할 수 있다. 따라서 "롤업 블레이드(120)의 내주면(124a)이 반사면을 형성한다"는 것은 내주면(124a)의 표면 반사율이 높은 롤업 블레이드(120)의 표면 특성만을 가리킬 수도 있고, 이에 더하여 입사광 중에서 롤업 블레이드(120)의 내주면(124a)으로부터 다시 나오는 광을 최대화할 수 있도록 하는 하나 또는 그 이상의 물질층을 포함하거나 및/또는 이러한 효과를 달성할 수 있는 반사 구조를 갖는 것을 가리킬 수도 있다.
도 3a와 도 3b는 각각 롤업 블레이드(120)의 구조를 예시적으로 보여 주는 것으로서, 도 2b의 롤업 블레이드(120)의 점선 부분을 확대해서 보여 주는 도면이다. 도 2b의 롤업 블레이드(120)는 좌상 방향으로 롤업된 상태이므로, 도 3a 및 도 3b에서 롤업 블레이드(120)의 우측면이 도 2b의 롤업 블레이드(120)의 외주면(122a)에 해당된다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 롤업 블레이드(120)는 베이스판(110)과 접하는 광 흑체층(optical black layer, 122)과 그 상측에 적층되어 있는 상부 전극층(upper electrode layer, 124)을 포함할 수 있다.
도 3a를 참조하면, 광 흑체층(122)은 적어도 일면(오른쪽 면)이 반사 방지면을 형성하는 단일 물질층일 수 있다. 광 흑체층(122)을 형성하는 물질은 도전성 물질이거나 또는 전술한 광학적 특성을 갖는 유전체나 폴리머 등과 같은 전기 절연성 물질일 수 있다. 다만, 광 흑체층(122)이 도전성 물질로 형성되는 경우에는, 절연성 물질로 형성된 절연층이 광 흑체층(122)의 하면이나 및/또는 베이스판(110)의 상면에 추가로 형성될 수 있다.
광 흑체층(122)은 표면 반사율이 낮고 소멸 계수(extinction coefficient)가 상당히 큰 물질, 즉 광의 흡수량이 상당히 많은 물질로 형성될 수 있다. 일반적으로, 입사되는 광은 표면에서 반사를 하고 남은 광이 매질로 진입하며, 매질에서는 소멸 계수에 비례하여 소멸되고 남은 광만이 빠져 나간다. 이에 의하면, 소멸 계수가 크다고 하더라도 표면 반사 계수가 크면 흡수되어 소멸되는 광의 양은 많지 않으므로 소멸 계수가 커도 흡수량은 많지 않다. 따라서 광 흑체층(122)을 형성하는 물질은 일반적으로 소멸 계수가 큰 물질이어야 하지만, 이와 함께 표면 반사 계수도 작은 물질이어야 한다. 예를 들어, 알루미늄(Al)이나 은(Ag)과 같은 물질은 소멸 계수가 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo)보다 크지만 표면 반사 계수가 크기 때문에 광 흑체층(122)을 형성하는 물질로는 적합하지 않다.
그리고 광 흑체층(122)의 표면 반사율을 낮출 수 있도록, 광 흑체층(122)의 우측면은 거친 표면(rough surface)을 가질 수 있다. 거친 표면의 유형에는 특별한 제한이 없다. 예를 들어, 광 흑체층(122)의 표면에는 엠보싱과 같은 미세 돌기가 형성되어 있을 수 있다. 하지만, 여기에만 한정되는 것은 아니며, 광의 표면 반사율을 낮출 수 있는 어떠한 형상(반드시 규칙적인 패턴일 필요는 없다)도 거친 표면이 될 수 있다.
상부 전극층(124)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 등과 같은 불투명한 금속이나 이들의 조합으로 형성되거나 또는 불투명하고 도전성을 갖는 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 특히, 상부 전극층(124)에서 반사되어 광 흑체층(122)의 표면으로부터 다시 나오는 광의 세기가 아주 작게 되도록, 상부 전극층(124)은 두께 및/또는 재질 등을 선택하여 형성될 수 있다. 광 흑체층(122)을 통과하여 상부 전극층(124)에서 반사된 광은 다시 광 흑체층(122)을 통과하면서 대부분 소멸되어 없어지거나 및/또는 광 흑체층(122)의 표면에서 반사되는 광과 상쇄 간섭을 일으킬 수도 있다.
그리고 롤업 블레이드(120)의 광 흑체층(122)과 상부 전극층(124)은 서로 다른 잔류 응력(residual stress)을 가지도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상부 전극층(124)은 인장 잔류 응력을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 광 흑체층(122)은 압축 잔류 응력을 갖거나, 잔류 응력을 갖지 않거나, 또는 인장 잔류 응력을 갖지만 상부 전극층(124)보다 그 크기가 작은 인장 잔류 응력을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 상부 전극층(124)과 광 흑체층(122) 사이의 잔류 응력 차이에 의하여, 구동 전압이 인가되지 않으면 롤업 블레이드(120)의 가동부(120b)는 말려 있는 상태(도 2a 및 도 2b 참조)가 된다. 그리고 잔류 응력 차이를 조절하면, 롤업되어 있는 가동부(120b)의 곡률을 조절할 수 있다.
반대로, 구동부(130)로부터 구동 전압이 인가되어 하부 전극(114)과 롤업 블레이드(120), 보다 구체적으로 상부 전극층(124)과의 사이에 소정의 구동력(인력)이 작용하면, 롤업 블레이드(120)의 가동부(120b)는 펴져서 베이스판(110)의 광 투과 영역(110a)을 가린다(도 1 참조). 구동력은 하부 전극(112)과 상부 전극층(124) 사이에 작용하는 정전력일 수 있지만, 여기에만 한정되지는 않는다. 예를 들어, 상부 전극층(124)이 압전층을 포함하는 경우에는, 정전력 외에도 압전 구동력도 롤업 블레이드(120)의 가동부(120b)를 구동시키는 구동력이 될 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 광 흑체층(122)은 복수의 물질층이 적층된 다층 구조일 수 있다. 여기서, 복수의 물질층은 3층 또는 그 이상일 수 있다. 예를 들어, 광 흑체층(122)은 베이스판(110)과 접하는 제1 위상 보상층(first phase compensation layer, 1222), 제1 위상 보상층(1222) 상에 형성된 광 흡수층(1224), 및 광 흡수층(1224) 상에 형성된 제2 위상 보상층(second phase compensation layer, 1226)을 포함할 수 있다.
제1 위상 보상층(1222)은 베이스판(110), 보다 구체적으로 베이스판(110)의 하부 전극(114)과 접하므로 전기 절연성 물질로 형성될 수 있다. 그리고 제1 위상 보상층(1222)은 대기로부터 광 흡수층(1224)으로 입사되는 광(L1)의 초기 반사를 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 제1 위상 보상층(1222)은 공기와 광 흡수층(1224) 사이의 굴절율(refractive index)의 변화를 완화시킬 수 있는 물질, 즉 공기의 굴절율보다는 크지만 광 흡수층(1224)의 굴절율보다는 작은 굴절율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 흡수층(1224)으로 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo) 등과 같은 금속 물질이 사용되는 경우에, 제1 위상 보상층(1222)은 실리콘 옥사이드(silicon oxide) 등과 같은 유전체(dielectric)로 형성될 수 있다. 제1 위상 보상층(1222)은 단일층으로 이루어지거나 또는 동일 물질이나 이종 물질로 각각 형성된 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다.
그리고 제1 위상 보상층(1222)은 통과하는 광의 위상을 조절하는 기능도 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 위상 보상층(1222)이 실리콘 옥사이드로 형성되는 경우에, 광 흡수층(1224)에서 반사되는 광(L2)과 상부 전극층(124)에서 반사되는 광(L3)이 상쇄 간섭을 일으킬 수 있도록 제1 위상 보상층(1222)의 두께가 조절될 수 있다. 물론, 상부 전극층(124)에서 반사되는 광(L3)은 제2 위상 보상층(1226)도 통과하므로, 상쇄 간섭을 일으킬 수 있는 제1 위상 보상층(1222)의 두께는 제2 위상 보상층(1226)에 의한 위상 조정 정도에 따라서 달라질 수 있다.
광 흡수층(1224)은 광을 흡수하여 강도를 약화시키는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 광 흡수층(1224)은 흡수 계수(absorption coefficient)가 큰 반투명 금속 물질, 예컨대 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 또는 이들의 조합 등으로 형성할 수 있다. 또는, 광 흡수층(1224)은 흡수 계수가 상대적으로 큰 유전체나 폴리머 등으로 형성될 수도 있다. 롤업 블레이드(120)로 입사되는 광(L1)은 광 흡수층(1224)을 통과할 때마다 강도가 감소한다. 상부 전극(124)에 표면에 단순히 얇은 박막만을 부가하여 상쇄 간섭이 일어나도록 하는 경우에는 가시광선의 전 대역에 걸쳐서 반사 방지를 달성하기 어려운데, 광 흡수층(1224)은 통과하는 광의 강도를 약화시킴으로써 광대역에 걸쳐서 반사 방지가 가능하도록 한다. 광 흡수층(1224)도 단일층으로 이루어지거나 또는 동일 물질이나 이종 물질로 각각 형성된 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다.
제2 위상 보상층(1226)은 광 흡수층(1224)과 상부 전극층(124) 사이의 전기적 절연을 위하여 전기 절연성 물질로 형성될 수 있다. 그리고 제2 위상 보상층(1226)은 제1 위상 보상층(1222)과 마찬가지로 통과하는 광의 위상을 조절하는 기능도 수행할 수 있다. 이를 위하여, 제2 위상 보상층(1226)은 제1 위상 보상층(1222)과 동일한 물질, 예컨대 실리콘 옥사이드와 같은 유전체로 형성될 수 있다. 그리고 광 흡수층(1224)에서 반사되는 광(L2)과 상부 전극층(124)에서 반사되는 광(L3)이 상쇄 간섭을 일으킬 수 있도록, 제2 위상 보상층(1226)의 두께가 조절될 수 있다. 제2 위상 보상층(1226)도 단일층으로 이루어지거나 또는 동일 물질이나 이종 물질로 각각 형성된 둘 이상의 층으로 이루어질 수 있다.
상부 전극층(124)은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 또는 이들의 조합으로 형성된 불투명한 금속층이되거나 또는 불투명하고 도전성을 갖는 폴리머 등으로 형성될 수 있다. 후자의 경우에 도전성 폴리머의 종류에는 제한이 없으며, 투명한 도전성 폴리머라고 하더라도 착색 등의 방법으로 불투명한 특성을 가질 수 있다. 상부 전극층(124)은 광 흑체층(122)으로 광을 되돌려 보내는 반사판(reflector)의 역할을 수행할 수 있다. 이것은 상부 전극층(124)에서 반사되는 광(L3)과 광 흡수층(1224)에서 반사되는 광(L2) 사이의 상쇄 간섭을 유도함으로써, 롤업 블레이드(120)의 외주면에서 반사되는 빛을 최소화하기 위한 것이다.
그리고 구동부(130)로부터 구동 전압이 인가되지 않으면 롤업 블레이드(120)의 가동부(120b)가 위로 말려 있는 상태(도 2a 참조)를 유지할 수 있도록, 롤업 블레이드(120)의 제1 위상 보상층(1222), 광 흡수층(1224), 제2 위상 보상층(1226), 및 상부 전극층(124)은 서로 다른 잔류 응력을 가지도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 위상 보상층(1222)부터 상부 전극층(124)까지 순차적으로 증가하는 인장 잔류 응력을 갖도록 형성하거나 또는 제1 위상 보상층(1222)은 압축 잔류 응력을 갖고 상부 전극층(124)은 인장 잔류 응력을 가지며, 광 흡수층(1224)과 제2 위상 보상층(1226)은 각각 이보다 작은 인장 잔류 응력 및/또는 압축 잔류 응력을 갖도록 형성될 수도 있다.
이러한 상부 전극층(124), 제2 위상 보상층(1226), 광 흡수층(1224), 및 제1 위상 보상층(1222) 사이의 잔류 응력 차이에 의하여, 구동 전압이 인가되지 않으면 롤업 블레이드(120)의 가동부(120b)는 말려 있는 상태가 된다. 이 경우에, 잔류 응력 차이를 조절하여 롤업되어 있는 가동부(120b)의 곡률을 조정할 수 있다. 그리고 구동부(130)로부터 구동 전압이 인가되어 하부 전극(114)과 롤업 블레이드(120), 보다 구체적으로 상부 전극층(124)과의 사이에 소정의 구동력(인력)이 작용하면, 롤업 블레이드(120)의 가동부(120b)는 펴져서 베이스판(110)의 광 투과 영역(110a)을 가린다. 구동력은 하부 전극(112)과 상부 전극층(124) 사이에 작용하는 정전력일 수 있지만, 여기에만 한정되지는 않는다.
도 3a 및 도 3b에서, 상부 전극층(124)은 적어도 일면(도 3a 및 도 3b에서는 왼쪽 면)이 반사면(reflection surface)을 형성할 수도 있다. 이를 위하여, 상부 전극층(124)은 높은 표면 반사율을 갖는 도전성 물질로 형성될 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 전극층(124)은 도전성 물질로 형성된 도전층(1242)과 도전층(1242)의 일면, 즉 광 흑체층(122)이 형성되어 있는 면의 반대쪽 면 상에 표면 반사율이 높은 물질로 형성된 광 반사층(1244)을 포함할 수도 있다. 이 경우에, 광 반사층(1244)의 외면이 반사면이 된다. 후술하는 바와 같이, 광 반사층(1244)을 구비한 상부 전극층(124)을 포함하는 광 차폐 장치는 반사투과 겸용 디스플레이 장치 등에 이용될 수 있다.
계속해서 도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 구동부(130)는 베이스판(110)의 하부 전극(114) 및 롤업 블레이드(120)의 상부 전극(124)과 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 구동부(130)는 베이스판(110)의 하부 전극(114) 및 롤업 블레이드(120)의 상부 전극층(124)과 전기적으로 접속될 수 있다. 그리고 구동부(130)는 하부 전극(114)과 상부 전극층(124)에 서로 반대되는 전위의 구동 전압을 인가하여, 롤업 블레이드(120)의 가동부(120a)가 펴지도록 제어할 수 있다.
전술한 일 실시예에 따른 롤업 블레이드(120)는 반사 방지면을 형성하는 외주면(120a)에서 가시광의 반사도가 상당히 낮은 것으로 실제 실험으로 관측되었다. 보다 구체적으로, 하부 절연층이 실리콘 나이트라이드(silicon nitride, 두께는 약 300nm)로 형성되고 또한 상부 전극층이 알루미늄(Al, 두께는 약 500nm)으로 형성된 종래의 롤업 블레이드는 모든 입사각에 대하여 가시광의 파장 범위에서 반사도가 약 60-90% 정도가 된다. 반면, 도 3b에 도시된 것과 같은 흡수형 반사 방지 구조를 갖는 롤업 블레이드(120), 보다 구체적으로 실리콘 옥사이드로 형성된 제1 위상 보상층(1222, 두께는 약 90nm), 크롬으로 형성된 광 흡수층(1224, 두께는 약 7nm), 실리콘 옥사이드로 형성된 제2 위상 보상층(1226, 두께는 약 90nm), 및 크롬으로 형성된 상부 전극층(124, 두께는 약 60nm)을 포함하는 롤업 블레이드(120)는 모든 입사각에 대하여 가시광의 파장 범위에서 반사도가 약 20% 정도이거나 이보다 작은 반사도를 보였다.
도 5a 및 도 5b는 다른 실시예에 따른 광 차폐 장치(200)를 보여 주는 사시도로서, 도 5a는 광 차폐 장치(200)가 광을 차단시키는 상태를 도시한 것이고 도 5b는 광 차폐 장치(200)가 광을 통과시키는 상태를 도시한 것이다. 도 5a 및 도 5b의 광 차폐 장치(200)는 디지털 카메라 등과 같은 촬상 장치를 위한 기계적 광 셔터(mechanical optical shutter)로 사용될 수 있는데, 이것은 단지 예시적인 것이다.
그리고 광 차폐 장치(200)는 복수 개의 롤업 블레이드(220)를 포함하며, 또한 복수 개의 롤업 블레이드(220) 각각의 가동부가 광 투과 영역(210a)의 중심에서 방사상으로 연장 형성되는 모양으로 베이스판(210)의 광 투과 영역(210a)을 면적 분할하여 덮을 수 있도록, 복수 개의 롤업 블레이드(220) 각각의 고정단이 광 투과 영역(210a)의 둘레에 고정되어 있다. 이 경우에, 도 1, 도 2a, 및 도 2b의 광 차폐 장치(100)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 광 차폐 장치(200)를 구성하는 하나의 롤업 블레이드만을 확대하여 보여 주는 것일 수도 있다. 이하에서는 전술한 광 차폐 장치(100)와의 차이점을 중심으로 광 차폐 장치(200)에 관해서 설명한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 광 차폐 장치(200)는 광 투과 영역(210a)을 갖는 베이스판(210)을 포함한다. 광 투과 영역(210a)의 형상은 원형이거나 또는 타원형, 정다각형 등일 수 있다. 베이스판(210)은 투명 기판(212) 및 투명 기판(212) 상에 형성되어 있는 하부 전극(214)을 포함한다.
그리고 광 차폐 장치(200)는 복수 개의 롤업 블레이드(220)를 포함한다. 복수 개의 롤업 블레이드(220) 각각은 도 5b에 도시된 것과 같은 롤업된 상태에서 외주면(222a)이 반사 방지면을 형성한다. 이를 위하여, 복수 개의 롤업 블레이드(220) 각각은 광 흑체층(222)을 포함하는 반사 방지 구조를 가질 수 있다. 그리고 복수 개의 롤업 블레이드(220) 각각은 도 5a에 도시된 것과 같은 펴진 상태에서는 상면(224a)이 반사면을 형성할 수도 있다.
복수 개의 롤업 액츄에이터(220) 각각의 고정단은 광 투과 영역(210a)의 바깥쪽 둘레에 원형, 타원형 또는 정다각형을 형성하도록 베이스판(210) 상에 고정되어 있다. 그리고 복수 개의 롤업 블레이드(220)가 구동되어 각각의 가동부가 펴진 경우에, 각각의 가동부는 광 투과 영역(210a)의 중심에서 방사상으로 연장 형성되는 모양(예컨대, 광 투과 영역(210a)의 중심에서 각각의 롤업 블레이드(220)가 소정 크기의 중심각을 갖는 부채꼴 모양 또는 소정 크기의 꼭지각을 갖는 삼각형 모양 등)으로 광 투과 영역(210a)을 면적 분할하여 덮을 수 있다. 이 경우에, 인접한 롤업 블레이드들(220) 사이, 적어도 인접한 롤업 블레이드(220)의 적어도 가동부 사이에는 소정의 간극이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 인접한 롤업 액츄에이터(220)들 사이에 기계적인 커플링이 이루어질 수 있도록, 고정단에 인접한 가동부의 일 부분은 간극없이 서로 일체가 될 수도 있다.
또한, 광 차폐 장치(200)는 베이스판(210) 및 복수 개의 롤업 블레이드(220)와 전기적으로 접속되어, 복수 개의 롤업 블레이드(220) 각각의 가동부가 펴지도록 제어하는 구동부(230)를 포함한다. 이 때, 구동부(230)는 복수 개의 롤업 블레이드(220)가 동시에 펴지도록 구동시키거나 또는 개별적으로 펴지도록 구동시킬 수 있다. 또한, 구동부(230)는 복수 개의 롤업 블레이드(220)가 펴지는 정도를 조절하여, 광 투과 영역(210a)이 개방되는 정도를 조절할 수도 있다.
이와 같은 구조의 광 차폐 장치(200)는 구동부(230)로부터 구동 전압이 가해지지 않으면, 도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 롤업 블레이드(220)의 가동부는 이를 형성하는 광 흑체층(222, 단층 구조이거나 또는 3층 이상의 다층 구조일 수 있다)과 상부 전극층(224) 사이의 잔류 응력 차이로 인하여 말려 있는 상태가 된다. 즉, 각각의 롤업 블레이드(220)의 가동부는 광 투과 영역(210a)의 중심에서부터 바깥쪽 방향으로 말려 올라가서 베이스판(210)의 광 투과 영역(210a)을 노출시킨다. 그리고 베이스판(210)과 롤업 블레이드(220) 사이에 구동 전압이 가해지면, 각각의 롤업 블레이드(220)의 가동부는 펴져서 광 투과 영역(210a)을 가리므로 광의 통과가 차단된다.
도 6은 광 차폐 장치를 구비하는 일 실시예에 따른 촬상 장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 촬상 장치(A)는 광 차폐 장치(310), 렌즈 유닛(320), 및 이미지 센서(330)를 포함한다.
광 차폐 장치(310)는 예를 들어, 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있는 광 차폐 장치(200)와 동일할 수 있으나, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 다만, 도 6에서는 광 차폐 장치(310)의 구동부에 대한 도시는 생략하였는데, 이는 단지 도시의 편의를 위한 것이다. 광 차폐 장치(310)의 구동부는 복수 개의 롤업 블레이드(314)가 롤업된 상태로 있거나 또는 펴지도록 롤업 블레이드(314)의 구동을 제어하며, 이를 통하여 이미지 센서(330)로 광이 수신되거나 또는 수신되는 광을 차단할 수 있다. 또한, 광 차폐 장치(310)의 구동부는 롤업 블레이드(314)가 롤업되어 있는 시간 및/또는 롤업 블레이드(314)가 펴지는 정도 등을 조절하여, 이미지 센서(330)로 수신되는 광량을 조절할 수도 있다. 그리고 롤업 블레이드(314)의 외주면(314a)은 반사 방지면을 형성한다.
광 차폐 장치(310)의 베이스판(312) 상에, 보다 구체적으로 롤업 블레이드(314)가 배치되어 있지 않는 베이스판(312)의 주변 영역 상에는 롤업 블레이드(314)를 보호하기 위한 스페이서 프레임(316)이 배치되어 있을 수 있다. 또는, 스페이서 프레임(316) 대신에 베이스판(312)의 전체를 가릴 수 있는 투명한 커버(도시되지 않음)가 베이스판(312) 상에 설치되어 있을 수도 있다. 또한, 광 차폐 장치(310)의 베이스판(312)에는 광 투과 영역을 통과한 광을 조절하는데 사용되는 필터, 렌즈 등과 같은 광학 부품(318)이 추가로 구비되어 있을 수 있다.
렌즈 유닛(320)은 광 차폐 장치(310), 보다 구체적으로 베이스판(312)의 광 투과 영역을 통과한 광이 이미지 센서(330)에서 결상되도록 하는 결상 광학계이다. 렌즈 유닛(320)은 하나 또는 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 촬상 장치(A)의 초점 거리를 조절할 수 있는 수단을 포함할 수도 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 광 차폐 장치(310)의 상측에도 다른 렌즈 유닛이 추가로 구비되어 있을 수 있다.
이미지 센서(330)는 베이스판(312)의 광 투과 영역을 통과하는 광을 수신하여 이미지를 생성하는 소자로서, 수많은 화소(pixel)을 가질 수 있다. 이미지 센서(330)의 종류에는 특별한 제한이 없는데, 예를 들어 씨모스 이미지 센서(CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor)나 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD)일 수 있다. 그리고 복수의 롤업 블레이드(314)가 구동되어 펴지면, 광 투과 영역을 통해서 광이 통과하지 않으므로 이미지 센서(330)에는 광이 수신되지 않는다.
다음으로 전술한 광 차폐 장치를 이용하는 반사투과 겸용 디스플레이 장치에 대하여 설명한다. 도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b는 일 실시예에 따른 반사투과 겸용 디스플레이 장치의 구성을 설명하기 단면도로서, 도 7a 및 도 7b는 반사투과 겸용 디스플레이 장치가 반사 모드로 동작하는 경우이고, 도 8a 및 도 8b는 반사투과 겸용 디스플레이 장치가 투과 모드로 동작하는 경우이다. 도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b를 참조하면, 디스플레이 장치(B)는 광 차폐 장치(410), 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU, 420), 및 칼라 필터(Color Filter, 430)를 포함한다. 광 차폐 장치(410)는 예를 들어, 도 1, 도 2a, 및 도 2b에 도시되어 있는 광 차폐 장치(100)와 동일할 수 있다. 다만, 도 7a 및 도 7b에는 광 차폐 장치(410)의 구동부에 대한 도시는 생략하였는데, 이는 단지 도시의 편의를 위한 것이다. 그리고 백라이트 유닛(420)과 칼라 필터(430)의 구성이나 종류 등에는 특별한 제한이 없다.
도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b에 도시된 단면도는 디스플레이 장치(B)의 단위 픽셀의 구성을 개략적으로 보여 주는 것일 수 있는데, 이것은 광 차폐 장치(410)가 픽셀당 하나씩 배치되는 것을 의미하는데, 반드시 모든 픽셀에 광 차폐 장치(410)가 배치되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 여기서, '단위 픽셀'이란 디스플레이면에 대한 것이거나 또는 칼라 필터(430)에 대한 것일 수 있다. 전자의 경우에 단위 픽셀의 칼라 필터(430)는 RGB를 모두 포함하지만, 후자의 경우에 단위 픽셀의 칼라 필터(430)는 RGB 중에서 어느 하나의 칼라만을 포함할 수 있다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같이 반사 모드로 동작할 경우에, 디스플레이 장치(B)는 외부로부터 입사되어서 광 차폐 장치(410)에서 반사되는 광을 광원으로 이용한다. 이를 위하여, 디스플레이 장치(B)의 광 차폐 장치(410)는 상면(414a)이 반사면을 형성하는 롤업 블레이드(414)를 포함할 수 있다(도 4 참조). 반사 모드로 동작할 경우에는 백라이트 유닛(420)은 오프 상태가 될 수 있다. 반사 모드에서 도 7a에 도시된 바와 같이 롤업 블레이드(414)가 펴진 상태가 되면 입사광의 대부분이 반사되어서 되돌아 나가므로 해당 픽셀은 밝은 상태가 된다. 반면, 반사 모드에서 도 7b에 도시된 바와 같이 롤업 블레이드(414)가 롤업된 상태가 되면 반사광이 없거나 적어서 해당 픽셀은 어두운 상태가 된다. 아울러, 롤업 블레이드(414)의 하면이 반사 방지면을 형성하면, 롤업된 롤업 블레이드(414)에서 불필요한 반사광이 생겨서 디스플레이의 시인성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 투과 모드로 동작할 경우에, 디스플레이 장치(B)는 백라이트 유닛(420)으로부터 방사되는 광을 광원으로 이용한다. 도 8a에 도시된 바와 같이 롤업 블레이드(414)가 롤업된 상태가 되면, 백라이트 유닛(420)으로부터 방사되는 광은 대부분 외부로 나간다. 이 경우에, 롤업 블레이드(414)의 하면이 반사 방지면을 형성하면, 롤업된 롤업 블레이드(414)에서 불필요한 반사광이 생겨서 디스플레이의 시인성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 그리고 도 8b에 도시된 바와 같이 롤업 블레이드(414)가 펴진 상태가 되면, 백라이트 유닛(420)으로부터 방사되는 광은 차단되어 해당 픽셀은 어두운 상태가 된다.
광 차폐 장치(410)의 구동부는 롤업 블레이드(414)가 롤업된 상태로 있거나 또는 펴지도록 롤업 블레이드(414)의 구동을 제어한다. 이를 통하여, 디스플레이 장치(B)는 단위 픽셀마다 백라이트 유닛(420)으로부터 방사되는 광을 통과시키거나 차단하고(투과 모드인 경우) 또한 외부로부터 입사되는 광을 최대로 반사하거나 또는 반사가 일어나지 않도록 할 수 있다(반사 모드인 경우). 그리고 구동부는 메트릭스 형태로 배열된 픽셀에 대응하여 배열되어 있는 다수의 롤업 블레이드(414)의 구동을 개별적으로 제어할 수 있다.
또한, 광 차폐 장치(410)의 구동부는 롤업 블레이드(414)가 롤업되어 있는 시간 및/또는 롤업 블레이드(414)가 펴지는 정도 등을 조절하여, 백라이트 유닛(420)으로부터 방사되는 광량이나 롤업 블레이드(414)의 상면에서 반사되는 광량을 조절할 수도 있다. 보다 구체적으로, 투과 모드에서 각 픽셀의 밝기는 롤업 블레이드(414)가 롤업 상태로 있는 시간에 비례하고 또한, 반사 모드에서는 각 픽셀의 밝기는 롤업 블레이드(414)가 펴져 있는 상태로 있는 시간에 비례한다. 따라서 광 차폐 장치(410)의 구동부는 프레임(소정의 단위 시간) 당 롤업 블레이드(414)의 가동부가 펴지는 평균 시간을 조절하여 해당 픽셀의 계조를 표현할 수도 있다.
도 9a 및 도 9b는 각각 디스플레이 장치(B)가 투과 모드와 반사 모드로 동작할 경우에 픽셀의 계조를 표현하는 방법의 일례를 설명하기 위한 것이다. 도 9a를 참조하면, 디스플레이 장치(B)가 투과 모드로 동작할 경우(도 8a 및 도 8b 참조)에는 픽셀의 밝기는 구동 전압이 가해진 평균 시간((a)>(b)>(c)), 즉 프레임 당 롤업 블레이드(414)가 펴진 상태로 있는 평균 시간에 반비례한다는 것을 알 수 있다. 그리고 도 9b를 참조하면, 디스플레이 장치(B)가 반사 모드로 동작할 경우(도 7a 및 도 7b 참조)에는 픽셀의 밝기는 구동 전압이 가해진 평균 시간((a)>(b)>(c)), 즉 프레임 당 롤업 블레이드(414)가 펴진 상태로 있는 평균 시간에 비례한다는 것을 알 수 있다. 그리고 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 동일한 계조를 표현하기 위한 구동 전압 신호가 투과 모드와 반사 모드에서 서로 반대이므로, 구동부에서 인가되는 구동 전압 신호를 단순히 인버팅(inverting)함으로써 디스플레이 장치(B)는 투과 모드와 반사 모드 사이의 전환이 가능하다는 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
100, 200, 310, 410 : 광 차폐 장치
110, 210, 312 : 베이스판
110a , 210a : 광 투과 영역
112, 212 : 기판
114, 214 : 하부 전극
120, 220, 314, 414 : 롤업 블레이드
120a : 고정부
120b : 가동부
122, 222 : 광 흑체층
124, 224: 상부 전극층
1222 : 제1 위상 보상층
1224 : 광 흡수층
1226 : 제2 위상 보상층
130, 230 : 구동부
320 : 렌즈 유닛
330 : 이미지 센서
420 : 백라이트 유닛
430 : 칼라 필터

Claims (33)

  1. 하부 전극을 포함하는 베이스판(base plate);
    상부 전극을 포함하는 롤업 블레이드(rollup blade); 및
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되어 있는 구동부(driving unit)를 포함하고,
    상기 롤업 블레이드는 상기 베이스판의 광 투과 영역과 상응되게 배치되어 있고,
    상기 롤업 블레이드는 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함하는 광 차폐 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 롤업 블레이드를 구동하여 상기 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양을 조절하는 광 차폐 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 면 중에서 하나는 반사 방지면(anti-reflection surface)이고,
    상기 반사 방지면은 상기 롤업 블레이드의 외주면(outer circumference surface)에 입사되는 광의 반사를 방지하는 광 차폐 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사 방지면은 단층 구조 또는 다층 구조의 흑체층을 포함하는 광 차폐 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흑체층은 이종 물질로 형성된 다층 구조를 갖는 광 차폐 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 반사 방지면은 가시광의 반사도가 20% 이하인 광 차폐 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 3층 이상의 다층 구조를 갖는 광 차폐 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 금속 흡수층을 포함하는 광 차폐 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속 흡수층은 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)으로 형성되거나 또는 크롬과 몰리브덴의 조합으로 형성되는 광 차폐 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 두 개 이상의 위상 보상층 사이에 놓여진 광 흡수층을 포함하는 광 차폐 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 유전체(dielectric material)층을 포함하는 광 차폐 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상부 전극은 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 및 불투명 폴리머으로 이루어진 집합에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 조합으로 형성되는 광 차폐 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 고정부(fixing portion)와 가동부(moving portion)를 포함하고,
    상기 고정부는 상기 광 투과 영역의 바깥쪽에 고정되고, 상기 가동부는 상기 고정부 쪽으로 롤업된 광 차폐 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가동부의 외주면은 거친 표면을 갖는 광 차폐 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 면은 반사면(reflection surface)과 반사 방지면(anti-reflection surface)을 포함하고,
    상기 반사 방지면과 상기 반사면은 상기 롤업 블레이드의 외주면(outer circumference surface)과 내주면(inner circumference surface)에 각각 형성되는 광 차폐 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 상부 전극 상에 형성된 광 반사층의 외면인 광 차폐 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 베이스판은 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 투명(transparent) 또는 반투명(translucent) 재질로 형성된 광 차폐 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기판은 유리, 석영(quartz), 플라스틱(plastic), 및 실리카(silica)로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 형성되는 광 차폐 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 하부 전극은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT), 및 전도성 폴리머로 이루어진 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 형성되는 광 차폐 장치.
  20. 이미지 센서(image sensor);
    상기 이미지 센서의 상측에 배치되어 있고 하부 전극을 포함하는 베이스판(base plate);
    각각 상부 전극을 포함하는 복수의 롤업 블레이드(a plurality of rollup blades); 및
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되어 있는 구동부(driving unit)를 포함하고,
    상기 베이스판의 광 투과 영역은 상기 이미지 센서에 대응하도록 배치되어 있고,
    상기 복수의 롤업 블레이드는 상기 베이스판의 광 투과 영역과 상응되게 배치되어 있으며,

    상기 복수의 롤업 블레이드 각각은 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함하는 촬상 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 복수의 롤업 블레이드를 구동하여 상기 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양을 조절하는 촬상 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 두 개의 면 중에서 하나는 반사 방지면(anti-reflection surface)이고,
    상기 반사 방지면은 상기 복수의 롤업 블레이드 각각의 외주면(outer circumference surface)에 입사되는 광의 반사를 방지하는 촬상 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 반사 방지면은 이종 물질로 형성된 다층 구조의 흑체층을 포함하는 촬상 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 복수의 롤업 블레이드 각각은 두 개 이상의 위상 보상층 사이에 놓여진 광 흡수층을 포함하는 촬상 장치.
  25. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 롤업 블레이드 각각은 상기 광 투과 영역의 바깥쪽에 고정되는 고정부(fixing portion)와 상기 고정부쪽으로 롤업된 가동부(moving portion)를 포함하고,
    상기 복수의 롤업 블레이드는 원형 형상(circular shape)을 갖는 상기 광 투광 영역을 면적 분할하여 커버하는 촬상 장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 두 개의 면은 반사면(reflection surface)과 반사 방지면(anti-reflection surface)을 포함하고,
    상기 반사 방지면과 상기 반사면은 상기 복수의 롤업 블레이드 각각의 외주면(outer circumference surface)과 내주면(inner circumference surface)에 각각 형성되는 촬상 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 반사면은 상기 상부 전극 상에 형성된 광 반사층의 외면인 촬상 장치.
  28. 백 라이트 유닛(back light unit);
    하부 전극을 포함하고 상기 백 라이트 유닛의 상측에 배치된 베이스판(base plate);
    상부 전극을 포함하는 롤업 블레이드(rollup blade);
    상기 롤업 블레이드의 상측에 배치되어 있는 칼라 필터(color filter); 및
    상기 하부 전극 및 상기 상부 전극과 전기적으로 연결되어 있는 구동부(driving unit)를 포함하고,
    상기 롤업 블레이드는 상기 베이스판의 광 투과 영역과 상응되게 배치되어 있고,
    상기 구동부는 상기 롤업 블레이드를 구동하여 상기 광 투과 영역을 통해 통과하는 광의 양을 조절하며,
    상기 롤업 블레이드는 광학적인 특성이 서로 다른 적어도 두 개의 면을 포함하는 디스플레이 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 면은 반사면(reflection surface)과 반사 방지면(anti-reflection surface)을 포함하고,
    상기 반사 방지면과 상기 반사면은 상기 롤업 블레이드의 외주면(outer circumference surface)과 내주면(inner circumference surface)에 각각 형성되는 디스플레이 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 백라이트 유닛으로부터 방출되는 광을 이용하는 투과 모드와 외부로부터 입사되어 상기 반사면에서 반사되는 광을 이용하는 반사 모드 중에서 어느 하나의 모드로 선택적으로 동작하도록 상기 롤업 블레이드를 구동시키는 디스플레이 장치.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 상기 칼라 필터의 픽셀들 각각에 일대일로 대응하도록 복수 개가 배열되어 있으며,
    상기 구동부는 복수 개의 롤업 블레이드를 개별적으로 구동시키는 디스플레이 장치.
  32. 제28항에 있어서,
    상기 롤업 블레이드는 고정부(fixing portion)와 가동부(moving portion)를 포함하고,
    상기 고정부는 상기 베이스판의 광 투과 영역의 바깥쪽에 고정되고, 상기 가동부는 상기 고정부 쪽으로 롤업된 디스플레이 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 구동부는 프레임 당 상기 롤업 블레이드의 가동부가 펴지는 평균 시간을 조절하여 각 픽셀의 계조를 조절하는 디스플레이 장치.
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