KR20130024102A - 전기 습윤 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20130024102A KR1020110087343A KR20110087343A KR20130024102A KR 20130024102 A KR20130024102 A KR 20130024102A KR 1020110087343 A KR1020110087343 A KR 1020110087343A KR 20110087343 A KR20110087343 A KR 20110087343A KR 20130024102 A KR20130024102 A KR 20130024102A
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Abstract

전기 습윤 소자 및 그 제조 방법을 제공한다. 전기 습윤 소자는, 색상을 지닌 제1 매질, 제1 매질에 혼합되지 않은 투명한 제2 매질, 제1 매질과 제2 매질의 경계면의 각도를 조절하는 상부 전극 및 제1 매질와 제2 매질을 둘러싸는 측면을 가지고, 측면의 일부 영역에 상부 전극이 배치되며 폭이 균일하지 않는 격벽을 포함한다.

Description

전기 습윤 소자 및 그 제조 방법{Electro-wetting device and Method of manufacturing Electro-wetting device}
본 개시는 전기 습윤 소자, 이를 포함한 기기 및 전기 습윤 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기 습윤(Electrowetting) 현상이란 유체에 인가되는 전압에 의해서 계면장력(interfacial tension)이 변화되어 유체의 이동(migration) 또는 변형(deformation)을 초래하는 현상을 의미한다.
이러한 전기습윤 현상은 방수절연체, 전극, 친수성 액체(aqueous liquid)와 소수성 액체(non-aqueous liquid)로 구성된 하나의 픽셀의 한정된 공간에서 물에 전압을 인가함으로써 물의 표면장력을 변화시켜 소수성 액체를 자리 이동시켜 반사형 표시장치에 응용된다. 이러한 전기습윤 표시장치의 동작시, 물과 절연체 각각에 정극성 전압과 부극성 전압을 인가하면 색을 띈 컬러 오일이 한 쪽으로 이동하고, 반사광을 변화시켜 전체적인 컬러를 조절한다. 전기습윤 현상을 이용한 적용분야로는 액체 렌즈, 마이크로 펌프, 디스플레이 장치, 광학 장치, MEMS 분야 등을 들 수 있다.
최근 전기습윤 표시장치는 작은 사이즈, 저소비전력, 빠른 응답 속도, 높은 컬러 휘도(High color brightness)의 유리한 특성을 가지므로, 평판 디스플레이 장치의 하나로 각광 받고 있다.
한편, 전기 습윤에 의해 구동되는 소자는 극성 용액과 무극성 용액을 수용하는 격벽 및 상기한 극성 용액과 무극성 용액의 경계면을 제어하는 상부 전극이 필요하다. 기판상에 격벽 및 상부 전극을 형성하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 개시는 제조가 용이한 전기 습윤 소자를 제공한다.
그리고, 상기한 전기 습윤 소자를 이용하여 시야각을 넓힐 수 있는 입체 영상 표시 장치를 제공한다.
뿐만 아니라, 전기 습윤 소자를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르는 전기 습윤 소자는, 제1 매질; 상기 제1 매질에 혼합되지 않으며 상기 제1 매질과 굴절률이 다른 제2 매질; 상기 제1 매질과 상기 제2 매질의 경계면의 각도를 조절하는 상부 전극; 및 상기 제1 매질 및 상기 제2 매질을 둘러싸는 측면을 가지고, 상기 측면의 일부 영역에 상기 상부 전극이 배치되며, 폭이 불균일한 격벽을 포함한다.
그리고, 상기 격벽은, 상기 상부 전극이 배치되는 영역과 상기 상부 전극이 배치되지 않는 영역의 폭이 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 격벽은, 측면에 상기 상부 전극이 배치되는 제1 영역; 및 상기 제1 영역과 연결되어 있으면서 상기 제1 영역의 폭보다 큰 폭을 갖는 제2 영역;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 영역의 상부 영역에는 측방으로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 돌출부는 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상일 수 있다.
또한, 기판; 상기 기판의 일 영역상에 배치된 하부 전극; 및 상기 기판 및 상기 하부 전극상에 배치되며, 상기 하부 전극의 일 영역을 노출시키는 비아홀이 형성된 절연층;을 포함하고, 상기 상부 전극은 상기 비아홀을 통해 상기 하부 전극과 연결될 수 있다.
그리고, 상기 격벽은 감광 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부 전극을 덮는 소수성 표면을 갖는 절연층;을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 매질은 컬러 염료가 포함된 무극성 액체, 상기 제2 매질은 분극성 액체일 수 있다.
또한, 상기 제1 매질은 컬러 염료가 포함된 분극성 액체이고, 상기 제2 매질은 무극성 액체일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 유형에 따르는 영상 표시 장치는, 광을 출광하는 광원; 상기 광을 화상 정보에 따라 변조하여 화상의 계조를 형성하는 광 변조 패널; 및 앞서 설명한 어느 하나의 전기 습윤 소자를 복수 개 포함하며, 상기 화상의 화소별로 투과된 광빔에 컬러를 부여하여 지향성을 조절하는 전기 습윤 소자 어레이;를 포함한다.
그리고, 3차원 모드에서는 상기 화상의 복수의 화소의 광빔들이 적어도 두 개의 서로 다른 시역으로 분리되고, 2차원 모드에서는 상기 화상의 복수의 화소의 광빔들이 경로를 유지하도록 상기 전기 습윤 소자 어레이를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 3차원 모드에서 상기 경계면이 상기 광변조 패널에 대해 경사지게 하고, 상기 2차원 모드에서 상기 경계면이 상기 광변조 패널에 대해 평행하게 할 수 있다.
그리고, 상기 전기 습윤 소자 어레이는, 상기 제1 매질의 컬러가 적색인 제1 전기 습윤 소자; 상기 제1 매질의 컬러가 녹색인 제2 전기 습윤 소자; 및 상기 제1 매질의 컬러가 청색인 제3 전기 습윤 소자를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 유형에 따르는 전기 습윤 소자의 제조 방법은, 기판상에 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 기판 및 상기 하부 전극위에 감광 물질층을 형성하는 단계; 상기 감광 물질층을 노광시켜 셀 영역을 제공하는 폭이 불균일한 격벽을 형성하는 단계; 상기 격벽의 일부 영역 상에 상부 전극을 증착하는 단계; 및 상기 셀 영역에 제1 매질 및 상기 제1 매질에 혼합되지 않으면서 상기 제1 매질과 굴절율이 다른 제2 매질을 주입하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 격벽의 상부 영역에서 측방으로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 하방으로 갈수록 폭이 작아지는 테이퍼진 형상일 수 있다.
그리고, 상기 격벽은 서로 다른 복수 개의 노광 마스크를 통해 복수 회 노광시켜 형성될 수 있다.
또한, 상기 격벽을 형성하는 단계는, 상기 감광 물질층 위에 상기 셀 영역 및 상기 돌출부를 커버하는 제1 노광 마스크를 위치시키고 제1 노광을 실시하는 단계; 상기 감광 물질층 위에 상기 셀 영역을 커버하는 제2 노광 마스크를 위치시키고 제2 노광을 실시하는 단계; 및 노광된 상기 감광 물질층을 현상액에 노출시키는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제1 노광시의 노광량은 상기 제2 노광시의 노광량보다 많을 수 있다.
또한, 상기 상부 전극은 상기 격벽의 측면 중 상기 돌출부가 포함되지 않는 영역에 증착될 수 있다.
그리고, 상기 감광 물질을 형성하기 전에, 상기 기판 및 상기 하부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계: 및 상기 하부 전극의 일부가 노출되도록 상기 절연층내에 비아홀을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 개시는 전극이 배치되지 않는 격벽의 폭이 전극이 배치된 격벽보다 크기 때문에 전기 습윤 소자의 제조시 전극을 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 소자의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전기 습윤 소자의 셀 영역을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 a-a선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 도 1의 b-b선을 따라 취한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 전압의 인가에 따라 경계면의 기울기 변화를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 소자 어레이를 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전기 습윤 소자를 이용한 2차원/3차원 전환가능한 영상 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 8a은 도 7의 영상 표시 장치에서 3차원 모드의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8b는 도 7의 영상 표시 장치에서 2차원 모드의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 15는 본 발명에 따른 전기 습윤 소자의 제조 단계별 공정 단면을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시될 수 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소들을 나타낸다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 소자의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전기 습윤 소자의 셀 영역을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 a-a선을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 도 1의 b-b선을 따라 취한 단면도이다.
도면들을 참조하면, 전기 습윤 소자(100)는 전기적 신호에 따라 광의 출광 각도를 조절하는 소자로서, 굴절률이 다른 제1 매질(112)과 제2 매질(114), 및 제1 매질과 제2 매질을 수용하는 셀 영역(110)을 포함한다.
제1 매질(112)과 제2 매질(114) 중 어느 하나는 물과 같은 분극성 액체일 수 있고 나머지 하나는 기름과 같은 무극성 액체일 수 있다. 제1 매질(112)과 제2 매질(114) 중 어느 하나는 컬러를 지닌 매질일 수 있고, 나머지는 투명한 매질일 수 있다. 예를 들어, 제1 매질(112)은 컬러 염료가 포함된 무극성 액체이고, 제2 매질(114)은 분극성 액체일 수 있다. 또는, 제1 매질(112)은 컬러 염료가 포함된 분극성 액체이고, 제2 매질(114)은 무극성 액체일 수도 있다. 그리하여 제1 매질(112)과 제2 매질(114) 사이의 경계면(115)이 굴절면이 되고, 경계면(115)의 기울기가 변경됨으로써 광의 축사 각도가 변경된다.
셀 영역(110)은 광입사면(117)과, 광입사면(117)에 대향되는 광출사면(119) 과, 광입사면(117)과 광출사면(119) 사이의 복수의 측벽을 가질 수 있다. 예를 들어, 셀 영역(110)은 다각형의 단면 형상을 지닐 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다. 셀 영역의 단면 형상은 원형일 수도 원형과 다각형의 조합일 수도 있다.
전기 습윤 소자는 제1 매질(112)과 제2 매질(114)의 경계면(115)의 각도를 조절하는 상부 전극(130)을 더 포함할 수 있다.
상부 전극(130)은 투명한 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 전극(130)은 CNT (carbone nanotube), 그래핀(graphene) 등의 탄소 나노구조체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리시오펜(polythiophene), 폴리페닐린 비닐렌(polyphnylene vinylene), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리 피-페닐렌(poly p-phenylene), 폴리헤테로사이클 비닐렌(polyheterocycle vinylene)과 같은 많은 도전성 폴리머, ITO(indium tin oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO2(Tin oxide) 또는 In2O3 등의 금속산화물, Al, Cu, Au, Ag등의 금속 나노입자 분산 박막등으로 형성될 수 있다. 제1 매질(112)과 제2 매질(114) 사이의 경계면(115)의 기울기를 변경시키기 위해, 상부 전극(130)은 적어도 2개가 필요하며 도 1에는 4개의 상부 전극(130)이 도시되어 있다. 상부 전극(130)의 개수는 구동 방식에 따라 다양할 수 있다.
격벽(140)은 측면으로 셀 영역(110)을 둘러싼다. 그리고, 격벽(140)의 일부 영역에는 상부 전극(130)이 배치된다. 격벽(140)은 광을 차단하는 흑색 물질로 형성되어, 이웃하는 전기 습윤 소자(100)을 경유하는 광이 겹쳐지지 않게 방지하는 블랙 매트릭스(black matrix)로 기능하여, 크로스토크(crosstalk)를 방지할 수 있다.
또한, 격벽(140)은 감광 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 감광 물질은 광과 화학 반응하는 특성을 갖는 고형분(solid powder)과 휘발되는 솔벤트로 형성될 수 있다. 고형분과 솔벤트의 비율 조절로 감광 물질의 점도를 조절할 수 있다. 또한 감광 물질에는 계면 활성제가 포함될 수도 있다. 상기한 계면 활성제는 감각 물질의 두께가 균일하게 형성하게 한다.
상부 전극(130)은 격벽(140)의 측면에 배치되는데, 격벽(140)은 상부 전극(130)이 배치된 영역과 상부 전극(130)이 배치되지 않는 영역의 폭이 다를 수 있다. 예를 들어, 격벽(140)은 상단의 폭이 제1 폭이면서 측면에 상부 전극(130)이 배치되는 제1 영역(142)과 제1 영역(142)과 연결되어 있으면서 상단의 폭이 제1 폭보다 큰 제2 폭인 제2 영역(144)으로 구분될 수 있다. 그리고, 제1 영역(142)과 제2 영역(144)은 교번적으로 연결되다. 상부 전극(130)은 적어도 2개 이상이 필요하기 때문에 격벽(140)도 적어도 2개의 제1 영역(142) 및 제2 영역(144)이 각각 필요하다.
격벽(140)의 제1 영역(142)은 두께에 따라 폭이 균일한 반면 격벽(140)의 제2 영역(144)은 두께에 따라 폭이 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(144)의 상부 영역에는 측방으로 돌출된 돌출부(145)가 포함될 수 있다. 돌출부(145)는 격벽(140)의 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상일 수 있다.
또한, 전기 습윤 소자(100)는 격벽(140)을 지지하는 제1 기판(150), 상부 전극(130)과 전원 공급부(미도시)를 연결하며 제1 기판(150)의 일 영역상에 배치되는 하부 전극(160) 및 제1 기판(150)과 하부 전극(160)을 덮는 제1 절연층(170)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 기판(150)은, 예컨대, 유리 등과 같이 광을 투과시키는 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 절연층(170)에는 하부 전극(160)의 일 영역이 노출되도록 비아홀(180)이 형성되어 있다. 상기한 비아홀(180)를 통해 상부 전극(130)이 연장되어 하부 전극(160)과 연결된다. 하부 전극(160)은 상부 전극(130)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 하부 전극(160)은 격벽(140)의 서로 대향하는 면의 하부를 관통하면서 이웃하는 전기 습윤 소자(100)의 하부 전극(160)과도 연결될 수 있다.
전기 습윤 소자(100)는 상부 전극(130)의 내측에 소수성막(미도시)이 더 배치될 수 있다. 상부 전극(130)과 소수성막 사이에는 제2 절연층(미도시)을 더 구비할 수 있다. 그러나 제2 절연층 자체가 소수성 재질로 형성되는 경우에는 별도의 소수성막이 구비되지 않아도 무방하다.
전기 습윤 소자(100)의 상부 전극(130)은 적어도 2개 이상이 필요하다. 본 실시예에서는 4개의 상부 전극이 포함된 전기 습윤 소자(100)에 대해 설명하였다. 상부 전극이 4개 있다 하더라도, 서로 대향하는 전극들간의 전압 인가에 따라 굴절면의 기울기가 변경된다.
다음은 전압의 인가에 따라 경계면의 기울기 변화에 대해 설명한다. 도 5a 및 도 5b는 전압의 인가에 따라 경계면의 기울기 변화를 도시한 도면이다. 설명의 편의를 도모하기 위해 좌측 상부 전극을 제1 상부 전극(130a), 우측 상부 전극을 제2 상부 전극(130b)하고, 전기 습윤 소자(100)의 동작 방법에 대해 설명한다.
제1 상부 전극(130a)과 제2 상부 전극(130b)에 전압이 인가되지 않은 경우 제1 매질(112)은 소수성막(190)과 큰 접촉각(θ)을 가지고 기울어지게 된다. 상기 제1 상부 전극(130a)과 제2 상부 전극(130b)에 전압이 인가되면 소수성막(190)과 제1 매질(110)의 접촉각이 작아지고, 그럼으로써 경계면(115)의 기울기가 변한다. 상기 경계면(115)의 기울기가 변하면 광의 출광 방향이 변한다. 이와 같이, 상기 제1 상부 전극(130a)과 제2 상부 전극(130b)에 가해주는 전압을 on-off 조절하거나, 전압의 크기를 조절하여 광의 출광 방향을 제어할 수 있다. 도 5a에서는 광(L)이 경계면(115)에서 굴절되어 도면상 왼쪽으로 진행되는 것을 보여준다. 도 5b는 제1 상 부 전극(130a)과 제2 상부 전극(130b)에 전압을 인가하여 경계면(115)이 입사면과 평행하게 변화된 상태를 보인 것이다. 이 경우에는 광(L)이 경계면(115)을 직각으로 투과하여 진행될 수 있다. 경계면(115)의 기울기는 제1 상부 전극(130a) 및 제2 상부 전극(130b)에 인가되는 전압의 크기와 방향에 따라 달라질 수 있으며, 경계면(115)의 기울기가 변하면 광의 출광 방향이 변한다.
격벽(130)의 좌우 측면에 배치된 제1 상부 전극(130a) 및 제2 상부 전극(130b)에 의해 경계면(115)은 좌우로 기울어지는 것과 마찬가지로, 격벽(130)의 전후 측면에 배치된 상부 전극에 의해 경계면은 전후로 기울어지므로, 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 전기 습윤 소자는 복수 개가 결합하여 전기 습윤 소자 어레이를 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 습윤 소자 어레이(200)를 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전기 습윤 소자 어레이(200)는 복수 개의 전기 습윤 소자가 2차원 구조로 배열될 수 있다. 그리고, 각 전기 습윤 소자는 도 1에서 설명한 전기 습윤 소자(100)일 수 있으며, 제1 매질(112)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 색상을 가질 수 있다. 그리하여, 각 전기 습윤 소자(100)는 적색 전기 습윤 소자(200R), 녹색 전기 습윤 소자(200G) 및 청색 전기 습윤 소자(200B) 중 어느 하나가 될 수 있다. 복수 개의 전기 습윤 소자 각각에 마련된 격벽(140)은 상호 연결되어 2차원 격자 구조로 형성될 수 있다. 그리하여 전기 습윤 소자 어레이(200)에 마련된 격벽은 단일한 형상일 수 있다.
복수의 적색, 녹색, 및 청색 전기습윤 소자(200R, 200G, 200B)는 후술하는 바와 같이 광빔(L)의 진행 방향을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 컬러 필터로 기능하게 되므로, 표시 패널의 별도의 컬러 필터가 요구되지 않을 수 있다. 이와 같이 컬러 필터가 제거됨에 따라, 종래의 표시 패널의 제조에 있어서 요구되었던 상하판의 정렬 등의 공정이 생략되어, 공정 단순화에 의해 제품 수율과 비용절감이 가능할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 전기 습윤 소자(100)를 이용한 2차원/3차원 전환가능한 영상 표시 장치의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 7를 참조하면, 본 실시예의 영상 표시 장치는 백라이트 유닛(300), 백라이트 유닛(300)으로부터 조명되는 광(L)을 화상 정보에 따라 변조하여 화상을 표현하는 표시 패널(400), 및 백라이트 유닛(300)과 표시 패널(400)을 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(300)은 표시 패널(400)의 배면에 배치되어 표시 패널(400)을 조명하는 것으로서, 면광원이 채용될 수 있다. 예를 들어, 백라이트 유닛(300)은 도광판과 도광판의 측면에 배치된 광원으로 이루어질 수 있으며, 점광원이 2차원 배열된 면광원일 수 있다. 나아가, 백라이트 유닛(300)은 광 출사면 쪽에 광(L)의 지향성을 향상시키는 패턴이 형성되거나, 다양한 종류의 광학필름이 마련되어, 광출사면에 수직한 방향으로 콜리메이팅된 광을 방출시킬 수도 있다.
표시 패널(400)은 제2 기판(410), 액정층(420), 전기습윤 소자 어레이 (300), 제3 기판(430)을 포함할 수 있다.
제2 및 제3 기판(410, 430)은 액정층(420)과 전기습윤 소자 어레이(200)를 지지하는 기판으로서, 예를 들어 투명한 재질의 유리나 플라스틱으로 형성될 수 있다. 제2 및 제3 기판(410, 430)에는 액정층(420)과 전기습윤 소자 어레이(200)를 구동하는 전기회로(미도시)가 마련될 수 있다.
액정층(420)은 복수의 액정셀(420a)이 2차원 배열되어, 백라이트 유닛(300)으로부터 입사된 광(L)을 화상 정보에 따라 변조하여 화상의 계조를 형성한다. 제2 기판(410)의 상면에는 액정층(420)에 전압을 인가하는 투명한 전극(미도시)와 화소 회로(미도시)가 마련될 수 있다. 에서 컬러필터를 제외한 구성이 될 수 있다.
전기습윤 소자 어레이(200)는 액정층(420)의 각 액정셀(420a)별로 투과된 광빔에 컬러를 부여하고 지향성을 조절하는 것으로서, 복수의 적색, 녹색, 및 청색 전기습윤 소자(200R, 200G, 200B)을 포함한다.
다음은 본 실시예의 영상 표시 장치가 2차원 모드 또는 3차원 모드로 동작하는 방법에 대해 설명한다.
도 8a은 도 7의 영상 표시 장치에서 3차원 모드의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8a를 참조하면, 전기 습윤 소자 어레이(200)는 액정층(420)의 액정셀(420a)들에서 변조된 광빔(L)의 광경로를 변경하여 적어도 두 개의 서로 다른 시역으로 분리시킨다. 이를 위하여, 제어부(500)는 전기습윤 소자(200R, 200G, 200B)별로 적절한 전압을 인가함으로써 굴절각도를 제어하여, 액정층(420)의 액정셀(420a)들에서 변조된 광빔(L)의 광경로를 시역별로 분리되어 집속될 수 있도록 한다. 이때, 좌안(EL)으로 향하는 광빔(L)에 대응되는 액정셀(420L)들은 좌안용 영상을 표시하고, 우안(ER)으로 향하는 광빔(L)에 대응되는 액정셀(420R)들은 우안용 영상을 표시한다. 이와 같이 전기습윤 소자 어레이(200)에 의해 분리된 좌안용 영상과 우안용 영상은 양안 시차를 가지고 있으며, 이에 따라 사용자는 입체감을 느끼게 된다.
한편, 경유하는 광(L)은 전기습윤 소자 어레이(200)를 통과하면서, 각 화소별로 적색, 녹색, 및 청색의 컬러를 획득하게 된다. 풀컬러는, 적색, 녹색, 및 청색의 개별 화소들이 조합되어 달성된다. 이때, 적색, 녹색, 및 청색의 개별 화소들이 조합은, 표시 패널(400) 상의 인접한 화소들을 조합하여 구현하거나, 혹은 적색, 녹색, 및 청색의 개별 화소들에 의한 화상을 따라 형성하고 이를 사용자측 이미지 평면 상에서 겹침으로써 구현할 수 있다. 이러한 조합은 최종 색특성을 고려하여 선택될 수 있다.
도 8은 액정층(420)에서 변조된 광빔(L)들이 2개의 시역으로 분리된 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전기습윤 소자 어레이(200)는 액정층(420)에서 변조된 광빔(L)들을 3개 이상의 다중 시역으로 분리시켜, 복수의 사용자가 관찰하거나 한 명의 사용자가 위치를 변경하면서도 관찰할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 도 8은 표시 패널(400) 상에 서로 다른 시차를 갖는 영상들을 동시에 표시되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 액정층(420)은 서로 다른 시차를 갖는 영상들을 시순차적으로 표시하고, 각 영상의 시차에 상응하는 시역으로 광빔을 보내도록 전기습윤 소자 어레이(200)를 제어하는 시분할(time multiplexing) 방식으로 3차원 영상을 표현할 수도 있다. 이와 같은 시분할 방식은 액정층(420)의 모든 화소를 이용하여 어느 한 시역의 영상을 표시하므로, 3차원 모드에서의 해상도 저하를 보상할 수 있게 된다.
한편, 가변 디퓨저 유닛(440)을 채용하는 경우, 제어부(500)는 가변 디퓨저 유닛(280)을 경유하는 광빔(L)이 산란되지 않도록 투명 모드로 동작케 하여, 시역분리가 유지될 수도 있도록 한다.
나아가, 본 실시예의 영상 표시 장치가 사용자의 위치를 추적하는 센서(미도시)를 더 구비하는 경우, 사용자의 위치에 최적화된 시역 분리가 될 수 있도록 전기습윤 소자 어레이(200)를 제어할 수도 있으며, 사용자의 위치 변경에 따라 시역 분리가 변경될 수 있도록 전기습윤 소자 어레이(200)를 제어할 수도 있을 것이다.
본 실시예의 영상 표시 장치는 전기습윤 소자(200R, 200G, 200B)에 의해 광빔(L)의 경로가 조정됨으로써 시역 분리가 이루어지므로, 시역 분리과정에서 광손실이 없으며, 따라서 3차원 모드에서의 휘도는 종래의 배리어(barrier) 방식의 입체 영상 표시 장치의 휘도에 비해 우위에 있다.
도 8b는 도 7의 영상 표시 장치에서 2차원 모드의 동작을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 8b를 참조하면, 전기습윤 소자 어레이(200)는 액정층(420)의 액정셀(420a)들에서 변조된 광빔(L)의 광경로를 유지하지 아니하여, 시역분리가 이루어지지 않도록 한다. 이를 위하여, 도 4를 참조하여 설명한 경우처럼, 제어부(500)는 모든 전기습윤 소자(200R, 200G, 200B)들의 제1 매질(110)과 제2 매질(120)의 경계면(115)이 광입사면(117)에 대해 평행하도록 하도록 전압을 인가한다. 한편, 액정층(420)은 통상적인 2차원 화상에 대해 화상의 계조를 표시한다. 이에 따라 사용자의 좌안(EL)과 우안(ER)은 동일한 화상을 보게 되므로, 통상적인 2차원 영상을 보게 될 것이다.
나아가, 가변 디퓨저 유닛(440)을 채용하는 경우, 제어부(500)는 가변 디퓨저 유닛(280)을 경유하는 광빔(L)이 산란되도록 산란 모드로 동작케 하여, 광시야각을 확보할 수도 있도록 한다. 이와 같이 2차원 모드에서 광시야각을 구현할 수 있으므로, 비용이 저렴한 TN 액정 모드로 액정층(420)을 구현할 수 있어, 공정단가를 낮출 수 있으며, 응답시간을 빠르게 할 수 있게 된다.
전술한 실시예에서 표시 패널(400)은 액정층(420)을 포함하는 광변조 패널과 전기습윤 소자 어레이(200)가 일체로 형성된 평판 패널로 형성된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 액정층(420)을 포함하는 광변조 패널과 전기습윤 소자 어레이(200)는 별개의 패널로 제조되어 조립될 수도 있다.
다음은 전기 습윤 소자(100)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 9 내지 도 15는 본 발명에 따른 전기 습윤 소자(100)의 제조 단계별 공정 단면을 도시한 도면이다. 단일의 전기 습윤 소자(100)를 제조할 수도 있지만, 복수 개의 전기 습윤 소자(100)를 동시에 제조할 수도 있다. 이하에서는 복수 개의 전기 습윤 소자(100)를 제조하는 방법에 대해 설명한다. 그리고, 도 9 내지 도 15에 도시된 (a)는 복수 개의 전기 습윤 소자 중 격벽의 제1 영역의 공정 단면 즉, 도 1의 a-a 선을 취한 단면의 공정이고, (b)는 복수 개의 전기 습윤 소자 중 격벽의 제2 영역의 공정 단면 즉, 도 1의 b-b 선을 취한 단면의 공정이다.
우선, 도 9에 도시한 바와 같이, 투명한 제1 기판(150)상에 하부 전극(160)을 형성한다. 하부 전극(160)의 수는 전기 습윤 소자(100)의 상부 전극(130)의 수에 대응할 수 있다. 예를 들어, 전기 습윤 소자(100)의 상부 전극(130)이 4개일 때 하부 전극(160)도 4개를 형성한다. 그리고, 하부 전극(160) 및 제1 기판(150)을 덮도록 하부 전극(160) 및 제1 기판(150)상에 제1 절연층(170)을 형성한다. 그리고, 하부 전극(160)의 일부 영역이 노출되도록 비아홀(180)을 형성한다. 비아홀(180)은 격벽 중 제1 영역의 전방에 형성할 수 있다.
그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 감광 물질층(140')을 제1 절연층(170) 및 하부 전극(160)상에 형성한다. 감광 물질의 높이는 격벽(140)의 두께와 동일하다. 감광 물질로는 빛을 받는 부분이 현상시 남게 되는 네거티브 타입 특성을 갖는 유기 물질 예를 들어, 네거티브 타입 포트레지스트를 이용할 수 있다.
그리고 나서, 도 11에 도시된 바와 같이, 감광 물질층(140') 중 셀 영역 및 돌출부가 배치될 영역(W1)을 커버하는 제1 노광 마스크(510)를 감광 물질 위에 위치시킨다. 그리고, 상기한 제1 노광 마스크를 통해 제1 노광을 실시한다. 제1 노광시의 노광량은 감광 물질층(140')의 전체 두께(t1)가 조사된 빛과 반응하여 크로스링킹이 되도록 하는 양일 수 있다.
또한, 제1 노광 마스크를 제거한 후, 도 12에 도시된 바와 같이, 감광 물질층(140') 중 셀 영역이 배치될 영역(W2)을 커버하는 제2 노광 마스크(520)를 감광 물질 위에 위치시킨다. 그리고, 제2 노광을 실시한다. 제2 노광시의 노광량은 감광 물질의 표면에서부터 감광 물질의 일부 두께(t2)가 조사된 빛과 반응하여 크로스링킹되도록 하는 양일 수 있다. 도 11과 도 12의 노광 순서는 바뀌어도 무방하다.
다음, 도 13에 도시한 바와같이, 제 2 노광이 실시된 감광 물질층(140')을 현상액에 노출시킴으로써 크로스링킹이 발생하지 않은 영역에 형성된 감광 물질층(140')을 제거함으로써 제1 기판(150)의 일면에 제1 영역(142)과 제2 영역(144)으로 구성된 격벽(140)을 형성할 수 있다. 제2 영역(144)의 일부 두께는 크로스링킹이 발생되었으므로, 제2 영역에는 측방으로 돌출된 돌출부(145)가 형성된다.
이후 하드 베이킹 공정을 진행하여 격벽(140)을 완전히 경화시킬 수 있다.
그리고 나서, 도 14에 도시된 바와 같이, 격벽(140)이 형성된 제1 기판(150) 상에 투명 도전성 물질층(130')을 증착시킨다. 도전성 물질층(130')은 격벽(140)의 상면 및 격벽(140)의 제1 영역(142)의 측면 및 제1 절연층(170) 및 비아홀(180) 상에 증착된다. 그러나, 격벽(140)의 제2 영역(144)에는 측방으로 형성된 돌출부(145)가 있기 때문에 격벽(140)의 제2 영역(144)상에만 도전성 물질층(130')이 증착될 뿐 격벽(140)의 제2 영역(144)의 측면에는 도전성 물질층(130')이 증착되지 않는다. 그리하여 격벽(140)의 측면에는 도전 물질층(130')이 분리되어 증착된다. 상기와 같이, 전기 습윤 소자(100)가 측방으로 돌출된 돌출부(145)가 있는 격벽(140) 구조에 포함되기 때문에, 상부 전극을 패터닝하기 용이해진다.
다음으로, 도 15에 도시된 바와 같이, 상부 전극(130)으로 활용되지 않는 영역에 형성된 도전성 물질층(130')을 제거함으로써 상부 전극(130)을 형성할 수 있다.
그리고 나서 셀 영역(110)내에 제1 매질(112) 및 제2 매질(114)을 주입함으로써 전기 습윤 소자(100)가 완성된다. 제1 매질(112)와 제2 매질(114)는 서로 혼합되지 않고 굴절률이 다를 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전기 습윤 소자 110: 셀 영역
112: 제1 매질 114: 제2 매질
130: 상부 전극 140: 격벽
150: 제1 기판 160: 하부 전극
170: 제1 절연층 200: 전자 습윤 소자 어레이
300: 백라이트 유닛 400: 표시 패널

Claims (24)

  1. 제1 매질;
    상기 제1 매질에 혼합되지 않으며 상기 제1 매질과 굴절률이 다른 제2 매질;
    상기 제1 매질과 상기 제2 매질의 경계면의 각도를 조절하는 상부 전극; 및
    상기 제1 매질 및 상기 제2 매질을 둘러싸는 측면을 가지고, 상기 측면의 일부 영역에 상기 상부 전극이 배치되며, 폭이 불균일한 격벽을 포함하는 전기 습윤 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 상부 전극이 배치되는 영역과 상기 상부 전극이 배치되지 않는 영역의 폭이 서로 다른 전기 습윤 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽은,
    측면에 상기 상부 전극이 배치되는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역과 연결되어 있으면서 상기 제1 영역의 폭보다 큰 폭을 갖는 제2 영역;을 포함하는 전기 습윤 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2 영역의 상부 영역에는 측방으로 돌출된 돌출부를 포함하는 전기 습윤 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 돌출부는 하방으로 갈수록 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상인 전기 습윤 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    기판;
    상기 기판의 일 영역상에 배치된 하부 전극; 및
    상기 기판 및 상기 하부 전극상에 배치되며, 상기 하부 전극의 일 영역을 노출시키는 비아홀이 형성된 절연층;을 포함하고,
    상기 상부 전극은 상기 비아홀을 통해 상기 하부 전극과 연결된 전기 습윤 소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 격벽은 감광 물질로 형성된 전기 습윤 소자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상부 전극을 덮는 소수성 표면을 갖는 절연층;을 더 포함하는 전기 습윤 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 매질은 컬러 염료가 포함된 무극성 액체, 상기 제2 매질은 분극성 액체인 전기 습윤 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 매질은 컬러 염료가 포함된 분극성 액체이고, 상기 제2 매질은 무극성 액체인 전기 습윤 소자.
  11. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 항의 전기 습윤 소자를 복수 개 포함하며,
    상기 복수 개의 전기 습윤 소자가 2차원 격자 구조로 배열된 전기 습윤 소자 어레이.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 복수 개의 전기 습윤 소자 각각의 격벽은 상호 연결되어 있는 전기 습윤 소자 어레이.
  13. 광을 출광하는 광원;
    상기 광을 화상 정보에 따라 변조하여 화상의 계조를 형성하는 광 변조 패널;
    제 1항 내지 제 10항 중 어느 하나의 전기 습윤 소자를 복수 개 포함하며, 상기 화상의 화소별로 투과된 광빔에 컬러를 부여하여 지향성을 조절하는 전기 습윤 소자 어레이;를 포함하는 영상 표시 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    3차원 모드에서는 상기 화상의 복수의 화소의 광빔들이 적어도 두 개의 서로 다른 시역으로 분리되고, 2차원 모드에서는 상기 화상의 복수의 화소의 광빔들이 경로를 유지하도록 상기 전기 습윤 소자 어레이를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 영상 표시 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 3차원 모드에서 상기 경계면이 상기 광변조 패널에 대해 경사지게 하고, 상기 2차원 모드에서 상기 경계면이 상기 광변조 패널에 대해 평행하게 하는 영상 표시 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 전기 습윤 소자 어레이는,
    상기 제1 매질의 컬러가 적색인 제1 전기 습윤 소자;
    상기 제1 매질의 컬러가 녹색인 제2 전기 습윤 소자; 및
    상기 제1 매질의 컬러가 청색인 제3 전기 습윤 소자;를 포함하는 영상 소자 장치.
  17. 기판상에 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 기판 및 상기 하부 전극위에 감광 물질층을 형성하는 단계;
    상기 감광 물질층을 노광시켜 셀 영역을 제공하는 폭이 불균일한 격벽을 형성하는 단계;
    상기 격벽의 일부 영역 상에 상부 전극을 증착하는 단계; 및
    상기 셀 영역에 제1 매질 및 상기 제1 매질에 혼합되지 않으면서 상기 제1 매질과 굴절율이 다른 제2 매질을 주입하는 단계;를 포함하는 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 격벽의 상부 영역에서 측방으로 돌출된 돌출부를 포함하는 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 돌출부는 하방으로 갈수록 폭이 작아지는 테이퍼진 형상인 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 격벽은 서로 다른 복수 개의 노광 마스크를 통해 복수 회 노광시켜 형성된 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  21. 제 18항에 있어서,
    상기 격벽을 형성하는 단계는,
    상기 감광 물질층 위에 상기 셀 영역 및 상기 돌출부를 커버하는 제1 노광 마스크를 위치시키고 제1 노광을 실시하는 단계;
    상기 감광 물질층 위에 상기 셀 영역을 커버하는 제2 노광 마스크를 위치시키고 제2 노광을 실시하는 단계; 및
    노광된 상기 감광 물질층을 현상액에 노출시키는 단계;를 포함하는 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 노광시의 노광량은 상기 제2 노광시의 노광량보다 많은 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  23. 제 18항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 격벽의 측면 중 상기 돌출부가 포함되지 않는 영역에 증착되는 전기 습윤 소자의 제조 방법.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 감광 물질을 형성하기 전에,
    상기 기판 및 상기 하부 전극 상에 절연층을 형성하는 단계: 및
    상기 하부 전극의 일부가 노출되도록 상기 절연층내에 비아홀을 형성하는 단계;를 더 포함하는 전기 습윤 소자의 제조 방법.
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