KR20180129207A - 반사형 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20180129207A
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는, 중간 기판의 일면 상에 위치하고, 제1 격벽에 의해 서로 분리되어 있는 둘 이상의 흑백 표시 소자, 중간 기판의 타면 상에 위치하고, 흑백 표시 소자와 두께 방향으로 중첩되며, 제2 격벽에 의해 구획되고 서로 이격되어 있는 둘 이상의 칼라 표시 소자, 그리고 중간 기판의 타면 상에서 위치하고, 서로 인접한 칼라 표시 소자의 제2 격벽들 사이에 배치되며, 광을 흡수하는 물질을 포함하는 차광부를 포함한다.

Description

반사형 디스플레이 장치{REFLECTIVE DISPLAY DEVICE}
반사형 디스플레이 장치가 제공된다.
디스플레이 장치는 발광형 디스플레이 장치(LCD, PDP, OLED 등)와 반사형 디스플레이 장치로 구분될 수 있다.
반사형 디스플레이 장치는 백라이트 유닛(Back Light Unit, BLU) 등의 구성을 포함하지 않고 외부광을 활용하므로 전력 손실이 매우 적고, 구성이 단순하며, 제조 비용이 저렴하여 대형화가 용이하므로, 수요가 증대되고 있고, 연구 개발 활동이 증가되고 있다.
반사형 디스플레이 장치에 칼라(Color)를 표현하는 방법으로는, 별도로 특정 파장 대역의 광만을 통과시키는 칼라 필터를 구비하는 방법과, 칼라를 구현하는 전기 변색 물질 등을 셀 내부에 포함시키는 방법 등이 있다.
여기서, 칼라 필터를 포함하는 반사형 디스플레이 장치의 경우에는, 칼라 필터를 사용하여 백색을 구현하는 경우, 칼라 필터에서 광 손실이 발생하기 때문에, 칼라 필터가 없는 경우보다 백색 광의 휘도가 낮아질 수 있다. 또한, 백색 광의 휘도가 낮아짐으로써 명암비(contrast ratio) 및 시인성이 저하될 수 있다.
흑색을 발현하는 전기 변색 물질, 그리고 칼라를 구현하는 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색 소자가 한국등록특허 제10-1467556 호에 개시되어 있다.
다만, 한국등록특허 제10-1467556 호 문헌의 전기 변색 소자에서 제2 일렉트로크로믹 물질층은 백색의 반사체에 흑색을 발현하는 전기 변색 물질이 흡착되어 있는 구조를 갖고, 이러한 구조로 인해 반사체의 백색과 전기 변색 물질의 흑색의 물리적인 위치가 서로 겹칠 수 있고, 백색과 흑색 간의 혼색이 발생할 수 있으며, 이로 인해 명암비와 시인성이 저하될 수 있다. 또한, 하나의 셀 내부에 적색을 발현하는 물질, 녹색을 발현하는 물질 및 청색을 발현하는 물질을 모두 포함하므로, 각 색상을 개별적으로 구동하는 것이 어려울 수 있고, 개별 구동이 가능하다 하더라도 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 사이에 간섭 현상이 발생하여, 의도하지 않았던 색상이 발현되거나, 시인성이 저하될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는 백색 광의 휘도를 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는 백색 광을 표시할 때의 광 손실을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는 별도의 색상을 개별적으로 표현하기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는 인접한 화소 간의 간섭 현상을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는 명암비 및 시인성을 향상시키기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는, 중간 기판의 일면 상에 위치하고, 제1 격벽에 의해 서로 분리되어 있는 둘 이상의 흑백 표시 소자, 중간 기판의 타면 상에 위치하고, 흑백 표시 소자와 두께 방향으로 중첩되며, 제2 격벽에 의해 구획되고 서로 이격되어 있는 둘 이상의 칼라 표시 소자, 그리고 중간 기판의 타면 상에서 위치하고, 서로 인접한 칼라 표시 소자의 제2 격벽들 사이에 배치되며, 광을 흡수하는 물질을 포함하는 차광부를 포함한다.
여기서, 흑백 표시 소자는 서로 이격되어 대향하고 있는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 반사 구조체를 포함하고, 칼라 표시 소자는 서로 이격되어 대향하고 있는 제3 전극과 제4 전극, 그리고 제3 전극과 제4 전극 사이에 충진되어 있는 칼라 전기 변색 물질을 포함한다.
흑백 표시 소자는 전기 영동 소자, 전기 습윤 소자, 콜레스테릭 액정 소자, 또는 전기 변색 소자일 수 있다.
흑백 표시 소자는 전기 변색 소자이고, 제1 전극과 제2 전극 사이에 충진되어 있는 흑백 전기 변색 물질을 포함할 수 있다.
흑백 전기 변색 물질은 류코 다이 또는 비올로겐 계열의 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
류코 다이 또는 비올로겐 계열의 화합물이 제1 전극 및 제2 전극 상에 흡착되어 있을 수 있다.
제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 흑백 표시 소자가 투명하고, 제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가되면서 흑백 전기 변색 물질이 흑색으로 변할 수 있다.
반사 구조체는 나노 또는 마이크로 크기를 갖는 다수의 입자를 포함하고, 다공성 구조를 가지며, 내부로 입사된 외부 광을 중간 기판 방향으로 반사시킬 수 있다.
다수의 입자는 TiO2, BaSO4, Al2O3, ZnO, 또는 MgO 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
제2 전극, 제3 전극, 그리고 제4 전극은 각각 투명한 물질을 포함할 수 있다.
제3 전극 및 제4 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 칼라 표시 소자가 투명하고, 제3 전극 및 제4 전극에 전압이 인가되면서 칼라 전기 변색 물질이 적색, 녹색, 또는 청색으로 변할 수 있다.
흑백 표시 소자와 칼라 표시 소자는 서로 독립적으로 구동될 수 있다.
중간 기판의 최대 두께는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, tS는 중간 기판의 최대 두께, θ는 최대 시야각, wP는 화소의 폭, tBW는 흑백 표시 소자의 두께, tR은 반사 구조체의 두께, tE는 제1 전극의 두께, tC는 칼라 표시 소자의 두께일 수 있다.
차광부의 최소 폭은 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
수학식 2에서, wB는 차광부의 최소 폭, θ는 최대 시야각, tBW는 흑백 표시 소자의 두께, tR은 반사 구조체의 두께, tE는 제1 전극의 두께, tS는 중간 기판의 두께, tB는 차광부의 두께일 수 있다.
중간 기판은 흑백 표시 소자 상에 위치하는 제1 중간 기판, 제1 중간 기판 상에 위치하는 접합층, 그리고 접합층 상에 위치하는 제2 중간 기판을 포함할 수 있다.
제1 격벽과 차광부는 두께 방향으로 중첩될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치는 백색 광의 휘도를 향상시킬 수 있고, 백색 광을 표시할 때의 광 손실을 감소시킬 수 있으며, 별도의 색상을 개별적으로 표현할 수 있고, 인접한 화소 간의 간섭 현상을 감소시킬 수 있으며, 명암비 및 시인성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에서 I-I' 를 따라 절단한 단면의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 작동 방법 및 표현 색상을 나타내는 도면들이다.
도 5는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 차광부의 기능을 나타내는 도면이다.
도 6a는 반사형 디스플레이 장치에서 중간 기판의 두께가 지나치게 두꺼운 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이다.
도 6b는 반사형 디스플레이 장치에서 차광부의 폭이 지나치게 작은 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 중간 기판의 두께를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 차광부의 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 적색, 녹색, 청색 화소에서의 흑백 표시 소자 및 칼라 표시 소자의 인가 전압에 따른 확산반사율을 나타내는 그래프들이다.
도 9b는 도 9a의 반사형 디스플레이 장치의 적색, 녹색, 청색 화소에서의 인가 전압에 따른 사진들이다.
도 10은 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 흑색, 적색, 녹색, 청색 화소에서의 흑백 표시 소자 및 칼라 표시 소자의 전압별 투과도 특성을 나타내는 그래프들이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 한편, 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치를 전체적으로 나타내는 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 반사형 디스플레이 장치(100)는 게이트 구동부(102), 데이터 구동부(104), 그리고 다수의 화소(P)를 포함한다. 여기서 화소(P)는, 예를 들어, 게이트 구동부(102)와 전기적으로 연결되어 있는 게이트라인(G1~Gn)과 데이터 구동부(104)와 전기적으로 연결되어 있는 데이터라인(D1~Dm)이 서로 교차하는 영역에 위치할 수 있다. 다수의 게이트라인(G1~Gn)은 서로 평행하게 배치될 수 있고, 다수의 데이터 구동부(104) 또한 서로 평행하게 배치될 수 있으며, 게이트라인(G1~Gn)과 데이터 구동부(104)는 서로 수직으로 교차할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 방식으로 배치될 수 있다.
화소(P)는 흑백 표시 모드(mode) 또는 칼라 표시 모드로 구동될 수 있다. 반사형 디스플레이 장치(100)가 흑백 표시 모드로 작동되는 경우, 흑백 표시 소자(미도시)가 구동되어 흑색/백색 및 계조가 표현될 수 있다. 또한 반사형 디스플레이 장치(100)가 칼라 표시 모드로 작동되는 경우, 칼라 표시 소자(미도시)가 단독으로 구동되거나, 칼라 표시 소자(미도시) 및 흑백 표시 소자(미도시)가 동시에 구동되어 다양한 칼라 및 계조가 표현될 수 있다.
반사형 디스플레이 장치(100)의 칼라 표시 소자(미도시)에 전압이 인가되지 않는 경우, 칼라 표시 소자(미도시)는 투명하고, 이로 인해 백색 표현 시에 광 손실이 최소화될 수 있고, 반사형 디스플레이 장치(100)의 시인성 및 명암비가 향상될 수 있다. 반면, 칼라 표시 소자(미도시)에 전압이 인가되는 경우 다양한 칼라를 표현할 수 있다.
다수의 화소(P) 사이에는 차광부(미도시)가 위치할 수 있다. 차광부는 광을 흡수하는 물질을 포함하여 인접한 화소 간에 발생할 수 있는 간섭 현상을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 반사형 디스플레이 장치(100)의 시인성 및 명암비가 향상될 수 있다.
이하 각 도면에서, 각 구성요소들의 개수, 두께, 길이, 너비, 모양 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것일 뿐이고, 실시예들에 따른 반사형 디스플레이 장치(100)의 구성요소들은 다양한 개수, 두께, 길이, 너비, 모양 등을 가질 수 있고, 다양하게 배치될 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2에서 I-I' 를 따라 절단한 단면의 예시를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 반사형 디스플레이 장치(100)는, 중간 기판(140)의 일면 상에 위치하는 둘 이상의 흑백 표시 소자(120), 중간 기판(140)의 타면 상에 위치하고 서로 이격되어 있는 둘 이상의 칼라 표시 소자(150), 그리고 인접한 칼라 표시 소자(150) 사이에 위치하는 차광부(170)를 포함한다.
또한 반사형 디스플레이 장치(100)는 도면에서 흑백 표시 소자(120)의 하부 면 상에 위치하는 제1 기판(110) 및 칼라 표시 소자(150)의 상부 면 상에 위치하는 제2 기판을 포함한다. 제1 기판(110)과 중간 기판(140) 사이에 흑백 표시 소자(120)가 위치하고, 제1 기판(110)의 일면에 흑백 표시 소자(120)의 제1 전극이 형성되어 있을 수 있다. 또한 중간 기판(140)과 제2 기판(180) 사이에 칼라 표시 소자(150)가 위치하고, 제2 기판(180)의 일면에 칼라 표시 소자(150)의 제4 전극이 형성되어 있을 수 있다.
제1 기판(110), 제2 기판(180) 및 중간 기판(140)은 각각 투명 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 광 투과성이 우수한 투명 유리, 투명 플라스틱 등을 포함할 수 있다. 제1 기판(110), 제2 기판(180) 및 중간 기판(140)은 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.
중간 기판(140)은 단일 기판 구조로 이루어질 수도 있고(도 3a), 흑백 표시 소자(120) 상에 위치하는 제1 중간 기판(140), 제1 중간 기판(140) 상에 위치하는 접합층(146), 그리고 접합층(146) 상에 위치하는 제2 중간 기판(140)을 포함하는 다층 구조로 이루어질 수도 있으나(도 3b), 이에 제한되지 않는다. 다만, 명세서 전반에 걸쳐, 도 3a에 도시된 구조를 갖는 반사형 디스플레이 장치(100)가 주로 설명되나, 실시예들은 이에 제한되지 않고 다양한 구조를 가질 수 있다.
중간 기판(140)이 다층 구조인 경우, 제1 중간 기판(140) 및 제2 중간 기판(140)은 투명 유리, 투명 플라스틱 등의 물질을 포함할 수 있다. 또한 제1 중간 기판(140) 및 제2 중간 기판(140)을 접합시키는 접합층(146)은 투과도가 좋은 고분자 필름, 투명 기판, 밀도가 높은 무기물/유기물 다층막, WO3, Al2O3 등일 수 있다.
제1 기판(110) 및 중간 기판(140) 사이에는 복수의 제1 격벽(126)이 배치될 수 있고, 둘 이상의 흑백 표시 소자(120)는 제1 격벽(126)에 의해 서로 분리된다. 예를 들어, 둘 이상의 제1 격벽(126)은 서로 교차하는 형태로 배치될 수 있고, 제1 격벽(126)으로 분리된 영역마다 흑백 표시 소자(120)가 위치할 수 있다.
제1 격벽(126)은 절연 기능을 갖는 고분자 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate) 등의 물질을 포함할 수 있다.
흑백 표시 소자(120)는 전기 영동 소자, 전기 습윤 소자, 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 소자, 또는 전기 변색 소자 중 하나일 수 있다. 도면들에는 설명의 편의를 위해 흑백 표시 소자(120)가 전기 변색 소자인 경우가 도시되었다.
흑백 표시 소자(120)가 전기 영동 소자인 경우(미도시), 전극, 분산매, 흑색 또는 백색의 대전 입자들을 포함할 수 있고, 수직 전계형 구조 또는 수평 전계형 구조를 가질 수 있다. 이러한 전기 영동 소자가 흑백 표시 소자(120)로 적용되는 경우, 반사율(reflectivity)과 명암비(contrast)가 향상될 수 있고, 시야각(viewing angle)에 대한 의존성이 없어서 사용자에게 편안한 느낌의 화상을 전달 가능하며, 흑과 흰색의 쌍안정(bi-stable)한 특성을 가지고 있어서 지속적인 전압의 인가 없이 화상을 유지할 수 있어 소비 전력이 절감될 수 있다.
흑백 표시 소자(120)는 전기 습윤 소자일 수도 있다(미도시). 이때, 흑백 표시 소자(120)는 내부에 오일(oil)을 포함할 수 있다. 인가되는 전압에 따라 가역적으로 변화하는 기판 표면의 성질에 따라 기판 표면에 위치하는 오일의 접촉각 및 면적이 변하면서 반사율이 조절될 수 있고, 이를 통해 흑색 및 백색, 그리고 흑/백 계조가 표현될 수 있다. 예를 들어, 오일의 면적이 작으면 외부에서 입사된 광은 높은 반사율을 가지고 반사되어 백색이 구현될 수 있고, 오일의 면적이 넓으면 반사율이 감소하여 흑색을 나타낼 수 있으며, 전압의 크기에 따라 계조가 표현될 수 있다.
흑백 표시 소자(120)는 콜레스테릭 액정 소자일 수도 있다(미도시). 콜레스테릭 액정은 1차원 광결정(photonic crystal) 구조를 가질 수 있고, 이로 인해 외부 광에 대해서 파장별 또는 편광별로 선택적 반사가 가능하다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정은 플래너(planar) 배향, 포컬 코닉(focal conic) 배향, 수직(homeotropic) 배향 상태 등의 배향 상태를 가질 수 있고, 배향 상태에 따라서 반사율이 달라질 수 있으므로, 흑색과 백색의 표현이 가능할 수 있다.
도면들에 도시된 바와 같이, 흑백 표시 소자(120)는 전기 변색 소자일 수 있다. 흑백 표시 소자(120)는 서로 이격되어 대향하고 있는 제1 전극(122)과 제2 전극(128), 그리고 제1 전극(122)과 제2 전극(128) 사이에 위치하는 반사 구조체(130)를 포함한다.
제1 전극(122) 및 제2 전극(128)은 각각 투명한 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 투과도와 전도성이 우수한 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), FTO(Fluorine doped Tin Oxide), ZnO, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene), 은 나노 와이어(silver nano wire) 등의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한 제1 전극(122) 및 제2 전극(128)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있고, 제1 전극(122) 및 제2 전극(128)은 다양한 형태로 패터닝(patterning)될 수 있다.
반사 구조체(130)는 나노(nano) 또는 마이크로(micro) 크기를 갖는 다수의 입자(particle)를 포함하고, 다공성 구조를 가지며, 높은 반사도를 가짐으로써 내부로 입사된 외부 광을 중간 기판(140) 방향으로 반사시킬 수 있다. 이때 다수의 입자는 비드(bead) 형태를 가질 수 있고, 이로 인해 다수의 기공이 반사 구조체(130) 내부에 포함될 수 있다. 다수의 입자는 TiO2, BaSO4, Al2O3, ZnO, 또는 MgO 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
반사 구조체(130)의 다수의 기공을 통해 이온이 통과할 수 있고, 이로 인해 흑백 전기 변색 물질(124)의 산화 환원 반응이 발생하여 흑백 표시 소자(120)의 색상이 변화할 수 있다.
흑백 표시 소자(120)는 제1 전극(122)과 제2 전극(128) 사이에 충진되어 있는 흑백 전기 변색 물질(124)을 포함할 수 있다. 또한 흑백 전기 변색 물질(124)의 산화-환원 반응을 가속시켜 색상 변화를 촉진하는 물질을 더 포함할 수 있다.
여기서, 흑백 전기 변색 물질(124)은 아미노기(amino group)를 전자 도너 유니트(electron donor unit)로 포함하는 벤조퓨라논(benzofuranone)계 화합물인 류코 다이(leuco dye) 또는 비올로겐(viologen) 계열의 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 류코 다이 화합물 중 플루오란(fluoran) 계열의 유도체를 포함할 수 있고, 이러한 흑백 전기 변색 물질(124)은 투명할 수 있으며, 흑백 표시 소자(120)에 전압이 인가되는 경우 산화 환원 반응에 의해 흑색으로 변화될 수 있다.
다만, 흑백 전기 변색 물질(124)이 비올로겐(viologen) 계열의 화합물인 경우에는, 제1 전극(122) 상에 흡착되어 있을 수 있다.
전술한 류코 다이 또는 비올로겐 계열의 화합물은 제1 전극(122) 및 제2 전극(128) 상에 흡착되어 있을 수 있고, 반사 구조체(130) 상에 흡착되어 있을 수도 있다.
또한 흑백 표시 소자(120)는 헤테로(hetero) 원자를 포함하는 지방족 고리 형태의 고분자 물질을 추가로 포함할 수 있다.
전기 변색 물질의 산화-환원 반응을 가속시킬 수 있는 물질로는 전도성이 우수한 전해질염이 사용될 수 있으며, 전기 화학적인 가역성이 우수한 전기 화학적 촉매(Electrocatalst)로서 전자 수용성 분자 혹은 정공 수용성 분자가 사용될 수 있다.
전해질염은, 예를 들면, LiClO4, NaClO4, KClO4, RbClO4와 같은 과염소산의 알칼리금속염, NH4ClO4, HClO4, 테트라-n-부틸암모늄 브로마이드, 테트라-n-부틸암모늄 클로라이드, 테트라-n-부틸암모늄 테트라플루오 로보레이트, 테트라-n-부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트, 테트라-n-부틸암모늄 디하이드로젠트리플루오라이드, 테트라-n-부틸암모늄 요오다이드 등일 수 있다.
전자 수용성 분자 또는 정공 수용성 분자는, 예를 들어, 하이드로퀴논(hydroquinone)계 화합물, 벤질(Benzil), 페로센(ferrocene)계 화합물 등일 수 있다.
용매는, 예를 들어, 아미드(amide)를 포함하는 유기 용매, 에스테르(Ester)를 포함하는 유기 용매, 카보네이트(Cabonate)를 포함하는 고리 화합물 유기 용매일 수 있다.
한편, 중간 기판(140) 및 제2 기판(180) 사이에는 복수의 제2 격벽(156)이 배치될 수 있고, 둘 이상의 칼라 표시 소자(150)는 제2 격벽(156)에 의해 서로 구획될 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 제2 격벽(156)은 서로 교차하는 형태로 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
흑백 표시 소자(120)의 경우, 인접한 흑백 표시 소자(120)와 제1 격벽(126)을 공유하는 형태를 갖지만, 복수의 칼라 표시 소자(150)는 흑백 표시 소자(120)의 경우와 달리 각각 고유의 제2 격벽(156)을 포함하는 형태를 갖는다. 인접한 칼라 표시 소자(150)는 서로 이격되어 있고, 각 칼라 표시 소자(150)는 제2 격벽(156)에 의해 구획되어 있는 영역에 위치한다. 예를 들어, 하나의 칼라 표시 소자(150)는 그 칼라 표시 소자(150)를 둘러싸면서 외부로부터 분리시키는 제2 격벽(156)을 포함하고, 인접한 다른 칼라 표시 소자(150)는 별도의 제2 격벽(156)을 따로 구비한다.
또한 칼라 표시 소자(150)는 두께 방향으로 흑백 표시 소자(120)와 중첩될 수 있다. 명세서 전체에서, 두께 방향은 흑백 표시 소자(120)나 칼라 표시 소자(150)의 구성요소들이 적층되어 있는 방향을 의미하고, 도면에서 세로 방향에 대응될 수 있다.
칼라 표시 소자(150)는 서로 이격되어 대향하고 있는 제3 전극(152)과 제4 전극(158), 그리고 제3 전극(152)과 제4 전극(158) 사이에 충진되어 있는 칼라 전기 변색 물질(154)을 포함한다.
제3 전극(152) 및 제4 전극(158)은 각각 투명한 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 투과도와 전도성이 우수한 ITO, IZO, FTO, ZnO, CNT, 그래핀, 은 나노 와이어 등의 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한 제3 전극(152) 및 제4 전극(158)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있고, 제3 전극(152) 및 제4 전극(158)은 다양한 형태로 패터닝될 수 있다.
칼라 표시 소자(150)는 적색(red), 녹색(green), 청색(blue) 등의 색상을 구현할 수 있는 칼라 전기 변색 물질(154)을 포함할 수 있다. 또한 칼라 전기 변색 물질(154)의 색상 변화를 촉진하는 전도성이 우수한 전해질염 등의 물질을 더 포함할 수 있다.
칼라 표시 소자(150)에 전압이 인가되지 않은 경우 칼라 전기 변색 물질(154)은 투명할 수 있으며, 칼라 표시 소자(150)에 전압이 인가되는 경우 적색, 녹색 또는 청색 등으로 변화되어 다양한 색상을 구현할 수 있다.
명세서에서, 화소(P)는 사용자가 반사형 디스플레이 장치(100)의 상부에서 바라봤을 때, 흑색, 백색 및 그 외 다양한 색상이 표현되는 영역으로 정의될 수 있고, 도 3a 및 도 3b에 표시된 바와 같이, 칼라 표시 소자(150)에서 제2 격벽(156)을 제외한 부분에 대응되는 영역일 수 있다. 칼라 표시 소자(150)와 흑백 표시 소자(120)가 중첩되지 않는 영역은, 차광부(170)가 위치하고 있고, 화소(P)에 포함되지 않는 영역일 수 있다.
흑백 표시 소자(120)와 칼라 표시 소자(150)는 각각 별도로 구동되고, 각각에 인가되는 전압의 상태에 따라 표시되는 광의 스펙트럼 및 세기가 조절될 수 있다. 흑백 표시 소자(120)에만 전압이 인가되는 경우에는 백색, 흑색 및 계조 표현이 가능하고, 흑백 표시 소자(120) 및 칼라 표시 소자(150)에 모두 전압이 인가되는 경우에는 다양한 칼라의 표현이 가능할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 작동 방법 및 표현 색상을 나타내는 도면들이다. 흑백 표시 소자(120)와 칼라 표시 소자(150)는 독립적으로 구동된다.
도 4a를 참조하면, 흑백 표시 소자(120)와 칼라 표시 소자(150)에 인가되는 전압이 각각 0 V인 경우, 흑백 표시 소자(120) 및 칼라 표시 소자(150) 모두 투명한 상태이므로, 장치(100) 내부로 입사된 외부 광(L41)은 색 스펙트럼의 변화 없이 반사 구조체(130)에서 반사되어 백색을 구현할 수 있다. 이때, 흑백 표시 소자(120)나 칼라 표시 소자(150)에 의한 광 손실이 발생하지 않기 때문에, 종래의 반사형 디스플레이 장치에 비해 백색광의 휘도가 우수할 수 있고, 이로 인해 명암비 및 시인성이 향상될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 흑백 표시 소자(120)에 전압이 인가되어 흑백 전기 변색 물질(124)이 흑색으로 변한 경우, 장치(100) 내부로 입사된 외부 광(L42)은 흑백 전기 변색 물질(124)에 흡수되고, 이 경우 흑색이 표현될 수 있다.
전술한 도 4a 및 도 4b에 설명된 바와 같이, 칼라 표시 소자(150)에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 흑백 표시 소자(120)에 전압을 인가함으로써 흑백 표시 모드(mode)를 실현할 수 있고, 전압 세기에 따라 흑백에 대한 계조 또한 표현될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 칼라 표시 소자(150)에 전압이 인가되어 칼라 전기 변색 물질(154)이 고유의 색상으로 변하고, 흑백 표시 소자(120)에는 전압이 인가되지 않은 경우, 장치(100) 내부로 입사된 외부 광(L43)은 칼라 표시 소자(150)를 거치면서 색상을 갖게 되고, 반사 구조체(130)에서 반사되어 외부로 출사될 수 있다. 이때, 칼라 표시 소자(150)는 칼라 필터의 기능을 수행한다.
도 4d는 반사형 디스플레이 장치(100)의 흑백 표시 소자(120) 및 칼라 표시 소자(150) 모두에 전압이 인가되고, 흑백 표시 소자(120)에 인가된 전압의 크기를 도 4b의 장치(100)에 인가된 전압의 크기보다 상대적으로 작게 형성함으로써 흑백 전기 변색 물질(124)이 어느 정도의 광을 투과시키는 경우를 나타낸다.
도 4d를 참조하면, 외부 광(L44)이 칼라 표시 소자(150)에 통과하면서 칼라 전기 변색 물질(154)에 의해 칼라를 갖게 되고, 흑백 표시 소자(120)를 지나면서 일부의 광 만이 다시 칼라 표시 소자(150)로 출사될 수 있다. 이러한 방식으로 각 색상의 계조 표현이 가능하다.
도 4c 및 도 4d에 설명된 바와 같이, 칼라 표시 소자(150)에 전압을 인가하여 칼라 표시 모드를 구현할 수 있고, 흑백 표시 소자(120)에 적절한 세기의 전압을 인가하여 각 칼라에 대한 계조 표현이 가능해질 수 있다.
전술한 흑백 표시 모드 및 칼라 표시 모드는 모두 가역적으로 제어될 수 있고, 이로 인해 높은 명암비를 갖고 모든 색상을 표현할 수 있는 반사형 디스플레이 장치(100)의 구현이 가능해질 수 있다.
실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치(100)는 중간 기판(140)의 타면 상에서 위치하고, 인접한 칼라 표시 소자(150)의 제2 격벽(156) 사이에 배치되는 차광부(170)를 포함한다. 이때, 차광부(170)는 제1 격벽(126)과 두께 방향으로 중첩될 수 있다.
또한 차광부(170)는 광을 흡수하는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 흑색을 갖는 고분자 물질 또는 크롬 등의 무기물을 포함할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 차광부의 기능을 나타내는 도면이고, 도 6a는 중간 기판의 두께가 지나치게 두꺼운 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이며, 도 6b는 차광부의 폭이 지나치게 작은 경우의 간섭 현상을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 차광부(170)는 인접한 화소(P51, P52) 사이에서 발생할 수 있는 간섭 현상을 최소화시킬 수 있다. 도 5는 제51 화소(P51)의 경우 흑백 표시 소자(120) 및 칼라 표시 소자(150)에 전압을 인가하지 않고, 제52 화소(P52)의 경우 칼라 표시 소자(150)에 전압을 인가하여 색상을 구현하는 경우를 나타낸다. 이때 제52 화소(P52)의 반사 구조체(130)에서 반사된 적색, 녹색, 청색 등의 칼라를 갖는 외부 광(L5)이 인접한 제51 화소(P51)로 향하는 것을 차광부(170)가 차단함으로써, 제51 화소(P51)가 백색이 아닌 색상을 띄는 현상을 방지할 수 있다.
다만, 반사형 디스플레이 장치(100)는 흑백 표시 소자(120)와 칼라 표시 소자(150)가 수직적으로 적층된 구조를 갖기 때문에, 도 6a에 도시된 바와 같이, 중간 기판(140)의 두께(tS)가 지나치게 두껍게 형성된 경우, 차광부(170)가 존재한다고 하더라도 제61 화소(P61)로 입사된 외부 광(L61)이 반사되어 제62 화소(P62)로 출사되면서 간섭 현상이 발생할 수 있고, 이로 인해 시야각에 따라 이미지가 왜곡될 수 있으며, 명암비가 감소되고, 시인성이 저하될 수 있다.
이러한 간섭 현상을 최소화하기 위해, 중간 기판(140)의 두께(thickness, tS)가 소정의 범위로 제한될 수 있고, 도 7을 참조하여 이를 설명한다.
도 7을 참조하면, 중간 기판(140)의 최대 두께(tS)는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00003
수학식 1에서, tS는 중간 기판(140)의 최대 두께, θ는 반사형 디스플레이 장치(100)의 최대 시야각, wP는 화소(P)의 폭(width), tBW는 흑백 표시 소자(120)의 두께, tR은 반사 구조체(130)의 평균 두께, tE는 제1 전극(122)의 두께, tC는 칼라 표시 소자(150)의 두께를 나타낸다.
예를 들어, 최대 시야각이 30°이고, 화소(P)의 폭(wP)이 약 200 ㎛이며, 흑백 표시 소자(120)의 두께(tBW)가 약 70 ㎛이고, 반사 구조체(130)의 평균 두께(tR)와 제1 전극(122)의 두께(tE)의 합이 약 20 ㎛이며, 칼라 표시 소자(150)의 두께(tC)가 약 70 ㎛인 경우, 중간 기판(140)의 최대 두께(tS)는 약 53.2 ㎛일 수 있다.
수학식 1을 만족하는 범위 내에서, 인접한 화소(P) 사이에 발생할 수 있는 간섭 현상이 효과적으로 감소될 수 있고, 이미지 왜곡 현상이 감소할 수 있으며, 명암비 및 시인성이 향상될 수 있다.
수학식 1은 하기 수학식 1-1 및 도 7을 참조하여 도출할 수 있다.
[수학식 1-1]
Figure pat00004
한편, 도 6b에 도시된 바와 같이, 차광부(170)의 폭(wB)이 지나치게 얇게 형성된 경우, 차광부(170)가 존재한다고 하더라도 제63 화소(P63)로 입사된 외부 광(L63)이 제64 화소(P64)로 출사되어 간섭 현상이 발생할 수 있다.
이러한 간섭 현상을 최소화하기 위해, 차광부(170)의 폭(width, wB)이 소정의 범위로 제한될 수 있고, 도 8을 참조하여 이를 설명한다.
도 8을 참조하면, 차광부(170)의 최소 폭(wB)은 하기 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00005
수학식 2에서, wB는 차광부(170)의 최소 폭, θ는 최대 시야각, tBW는 흑백 표시 소자(120)의 두께, tR은 반사 구조체(130)의 두께, tE는 제1 전극(122)의 두께, tS는 중간 기판(140)의 두께, tB는 차광부(170)의 두께이다.
예를 들어, 최대 시야각이 30°이고, 흑백 표시 소자(120)의 두께(tBW)가 약 70 ㎛이며, 반사 구조체(130)의 평균 두께(tR)와 제1 전극(122)의 두께(tE)의 합이 약 20 ㎛이고, 중간 기판(140)의 두께(tS)가 약 40 ㎛이며, 차광부(170)의 두께(tB)가 약 1 ㎛인 경우, 차광부(170)의 최소 폭(wB)은 약 52.5 ㎛일 수 있다.
수학식 2를 만족하는 범위 내에서, 인접한 화소(P) 사이에 발생할 수 있는 간섭 현상이 효과적으로 감소될 수 있다.
수학식 2는 하기 수학식 2-1 및 도 8을 참조하여 도출할 수 있다.
[수학식 2-1]
Figure pat00006
실시예들에 따른 반사형 디스플레이 장치의 최대 시야각, 각 구성요소의 두께, 또는 폭에 따라 중간 기판(140)의 두께(tS)나 차광부(170)의 폭(wB)이 정해질 수 있다.
도 9a는 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 적색, 녹색, 청색 화소에서의 흑백 표시 소자 및 칼라 표시 소자의 인가 전압에 따른 확산반사율을 나타내는 그래프들이고, 도 9b는 도 9a의 반사형 디스플레이 장치의 적색, 녹색, 청색 화소에서의 인가 전압에 따른 사진들이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 흑백 표시 소자(120) 및 칼라 표시 소자(150)에 각각 전압을 인가하지 않은 경우에는 확산반사율이 약 50% 수준으로 유지되는 것을 볼 수 있고, 흑백 표시 소자(120)에 약 1.8 V의 전압을 인가한 경우에는 칼라 표시 소자(150)의 전압 인가 여부에 무관하게 매우 낮은 수준의 확산반사율 값을 가지는 것을 볼 수 있다.
다만, 흑백 표시 소자(120)에 전압을 인가하지 않고, 칼라 표시 소자(150)에 약 1.4 V 또는 약 1.7 V의 전압을 인가한 경우에는 각 색상에 대응되는 파장 대역에 해당하는 광이 출사되었음을 알 수 있다.
도 10은 실시예에 따른 반사형 디스플레이 장치의 흑색, 적색, 녹색, 청색 화소에서의 흑백 표시 소자 및 칼라 표시 소자의 전압별 투과도 특성을 나타내는 그래프들이다.
도 10을 참조하면, 흑백 표시 소자(120)에 약 1.8 V의 전압을 인가한 경우 광 투과율이 매우 낮은 것을 볼 수 있고, 칼라 표시 소자(150)에 약 1.8 V, 약 1.4 V, 약 1.7 V 의 전압을 인가한 경우에는 각각의 색상에 대응되는 파장 대역에 해당하는 광이 투과되었음을 알 수 있다.
실시예들에 따른 반사형 디스플레이 장치(100)는 스마트폰, 태블릿 PC, HMD 등 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 스마트 워치, 전자종이 등 웨어러블 및 플렉시블 디스플레이에도 적용 될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 반사형 디스플레이 장치 102: 게이트 구동부
104: 데이터 구동부 110: 제1 기판
120: 흑백 표시 소자 122: 제1 전극
124: 흑백 전기 변색 물질 126: 제1 격벽
128: 제2 전극 130: 반사 구조체
140: 중간 기판 142: 제1 중간 기판
144: 제2 중간 기판 146: 접합층
150: 칼라 표시 소자 152: 제3 전극
154: 칼라 전기 변색 물질 156: 제2 격벽
158: 제4 전극 170: 차광부
180: 제2 기판

Claims (15)

  1. 중간 기판의 일면 상에 위치하고, 제1 격벽에 의해 서로 분리되어 있는 둘 이상의 흑백 표시 소자,
    상기 중간 기판의 타면 상에 위치하고, 상기 흑백 표시 소자와 두께 방향으로 중첩되며, 제2 격벽에 의해 구획되고 서로 이격되어 있는 둘 이상의 칼라 표시 소자, 그리고
    상기 중간 기판의 타면 상에서 위치하고, 서로 인접한 칼라 표시 소자의 제2 격벽들 사이에 배치되며, 광을 흡수하는 물질을 포함하는 차광부
    를 포함하고,
    상기 흑백 표시 소자는 서로 이격되어 대향하고 있는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 반사 구조체를 포함하며,
    상기 칼라 표시 소자는 서로 이격되어 대향하고 있는 제3 전극과 제4 전극, 그리고 상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이에 충진되어 있는 칼라 전기 변색 물질을 포함하는
    반사형 디스플레이 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 흑백 표시 소자는 전기 영동 소자, 전기 습윤 소자, 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 소자, 또는 전기 변색 소자인 반사형 디스플레이 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 흑백 표시 소자는 전기 변색 소자이고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 충진되어 있는 흑백 전기 변색 물질을 포함하는 반사형 디스플레이 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 흑백 전기 변색 물질은 류코 다이(leuco dye) 또는 비올로겐(viologen) 계열의 화합물 중 하나 이상을 포함하는 반사형 디스플레이 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 류코 다이 또는 상기 비올로겐 계열의 화합물이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 상에 흡착되어 있는 반사형 디스플레이 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 흑백 표시 소자가 투명하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전압이 인가되면서 상기 흑백 전기 변색 물질이 흑색으로 변하는 반사형 디스플레이 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 반사 구조체는 나노(nano) 또는 마이크로(micro) 크기를 갖는 다수의 입자(particle)를 포함하고, 다공성 구조를 가지며, 내부로 입사된 외부 광을 상기 중간 기판 방향으로 반사시키는 반사형 디스플레이 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 다수의 입자는 TiO2, BaSO4, Al2O3, ZnO, 또는 MgO 중 하나 이상의 물질을 포함하는 반사형 디스플레이 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 제2 전극, 상기 제3 전극, 그리고 상기 제4 전극은 각각 투명한 물질을 포함하는 반사형 디스플레이 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 칼라 표시 소자가 투명하고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 전압이 인가되면서 상기 칼라 전기 변색 물질이 적색, 녹색, 또는 청색으로 변하는 반사형 디스플레이 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 흑백 표시 소자와 상기 칼라 표시 소자는 서로 독립적으로 구동되는 반사형 디스플레이 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 중간 기판의 최대 두께(thickness)는 하기 수학식 1을 만족하는 반사형 디스플레이 장치:
    [수학식 1]
    Figure pat00007

    상기 수학식 1에서, tS는 상기 중간 기판의 최대 두께, θ는 최대 시야각, wP는 화소의 폭(width), tBW는 상기 흑백 표시 소자의 두께, tR은 상기 반사 구조체의 두께, tE는 상기 제1 전극의 두께, tC는 상기 칼라 표시 소자의 두께임.
  13. 제1항에서,
    상기 차광부의 최소 폭(width)은 하기 수학식 2를 만족하는 반사형 디스플레이 장치:
    [수학식 2]
    Figure pat00008

    상기 수학식 2에서, wB는 상기 차광부의 최소 폭, θ는 최대 시야각, tBW는 상기 흑백 표시 소자의 두께, tR은 상기 반사 구조체의 두께, tE는 상기 제1 전극의 두께, tS는 상기 중간 기판의 두께, tB는 상기 차광부의 두께임.
  14. 제1항에서,
    상기 중간 기판은 상기 흑백 표시 소자 상에 위치하는 제1 중간 기판, 상기 제1 중간 기판 상에 위치하는 접합층, 그리고 상기 접합층 상에 위치하는 제2 중간 기판을 포함하는 반사형 디스플레이 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 격벽과 상기 차광부는 상기 두께 방향으로 중첩되는 반사형 디스플레이 장치.
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