KR20190130328A - 음향기능을 가진 광학소자 및 이를 이용한 표시장치 - Google Patents

음향기능을 가진 광학소자 및 이를 이용한 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향을 표시장치의 표면으로부터 영상과 동시에 출력할 수 있는 광학소자에 관한 것으로, 제1전극부재와, 상기 제1도전층 위에 배치된 제1유전탄성체층과, 상기 제1유전탄성체층 위에 배치된 제2전극부재와, 상기 제2전극부재 위에 배치된 광학크리스탈층으로 구성된다.

Description

음향기능을 가진 광학소자 및 이를 이용한 표시장치{OPTICAL DEVICE HAVING SOUND FUNCTION AND DISPLAY DEVICE USING THEREOF}
본 발명은 음향을 출력할 수 있는 광학소자 및 이를 이용한 표시장치에 관한 것이다.
근래 다양한 형태의 표시장치가 제공되고 있다. 특히, 더 얇고 더 큰 표시장치의 제작이 가능할 뿐만 아니라 휘어질(flexible) 수 있는 표시장치가 개발되어 더욱 다양한 분야에 표시장치가 적용되고 있다.
한편, 표시장치를 시청각장치로 사용하기 위한 음향시스템도 표시장치의 발전과 함께 이루어져, 원음에 가까운 생생한 음향을 표시장치의 영상과 매칭하여 사용자에게 제공되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 시청각장치의 경우, 표시장치와 음향시스템이 분리되어 있기 때문에, 영상과 음향의 정확하게 매칭되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 종래 시청각장치의 음향시스템의 스피커는 점음원(point sound source)이므로, 영상의 움직임과 정확하게 연동하여 음향을 출력하는데에는 한계가 있었다. 즉, 영상과 연관된 스테레오음향을 구현하는데에는 한계가 있었다.
더욱이, 종래 시청각장치의 경우, 표시장치와 음향시스템이 분리되므로 전체적인 시청각 장치의 부피가 증가하고 제조비용도 증가하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 음향을 표시장치의 표면으로부터 영상과 동시에 출력할 수 있는 광학소자 및 이를 이용한 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 광학소자는 제1전극부재와, 상기 제1도전층 위에 배치된 제1유전탄성체층과, 상기 제1유전탄성체층 위에 배치된 제2전극부재와, 상기 제2전극부재 위에 배치된 광학크리스탈층으로 구성된다.
상기 제1전극부재는 제1도전층 및 제1전극중 적어도 하나를 포함하고 제2전극부재는 제2도전층 및 제2전극중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제1도전층 및 제2도전층은 탄성체 또는 전도성 폴리머와 상기 탄성체 또는 전도성 폴리머에 포함된 전해질로 구성되며, 상기 제1전극 및 제2전극은 투명한 금속산화물 또는 금속으로 구성된다.
상기 제1유전탄성체층 및 제2유전탄성체층은 각각 실리콘 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 하이드로제네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(H-NBR), 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 에피클로 로하이드린 고무, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 클로리네이드 폴리에틸렌 또는 이들의 화합물중 적어도 하나로 이루어진다.
상기 광학크리스탈층은 젤 형태인 고분자 물질 및 상기 고분자물질에 충진된 비드로 구성될 수 있으며, 유전성 및 탄성을 갖는 물질과 상기 유전성 및 탄성을 가진 물질에 충진된 비드로 구성될 수 있다.
상기 제1전극부재와 제1유전탄성체층 및 제2전극부재는 음향을 출력하고 상기 광학크리스탈층에서는 광을 반사하여 영상을 표시한다. 상기 제1전극부재 및 제2전극부재에 인가되는 신호의 일 프레임은 음향정보를 포함하는 제1필드 및 영상정보를 포함하는 제2필드로 구성되며, 이때 제1필드는 교류전압이고 제2필드는 직류전압이다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치는 복수의 화소와, 상기 복수의 화소 각각에 배치된 박막트랜지스터와, 복수의 화소 각각에 배치된 광학소자로 구성된다.
본 발명에 따른 광학소자에서는 음향부재와 광학부재가 적층되어 구성되며, 한 프레임의 신호에 음향정보와 영상정보가 포함되므로, 하나의 광학소자의 표면에 원하는 컬러(또는 영상)를 표시할 수 있을 뿐만 아니라 광학소자의 표면으로부터 음향이 출력된다. 따라서, 영상과 음향이 동시에 구현되므로, 영상과 음향의 비매칭에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광학소자에서는 음향을 출력하기 위해 광학소자와는 별도로 음향시스템을 구비하지 않아도 되므로, 광학소자를 이용하여 표시장치를 제작할 때 별도의 음향시스템이 필요없게 되므로 표시장치를 포함한 전자제품의 부품을 감소하고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에 따른 광학소자를 표시장치에 적용하는 경우, 음향이 점음원으로부터 출력되는 것이 아니라 표시장치의 화면 전체에 걸쳐 출력되므로, 진정한 스테레오음향을 실현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학소자의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 전압이 인가될 때의 본 발명에 따른 광학소자의 광학크리스탈층에 의해 컬러를 표시하는 것을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 광학소자에 인가되는 신호를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학소자의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 광학소자의 구조를 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제4실시예에 따른 광학소자의 구조를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 표시장치의 구조를 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 화소의 구조를 나타내는 단면도.
도 9은 본 발명에 따른 표시장치에서 광학소자에 인가되는 신호를 나타내는 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 음향기능을 가진 광학소자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예 따른 광학소자는 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)과, 상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130) 사이에 배치된 제1유전탄성체층(120)과, 상기 제2도전층(130) 위에 배치된 제2유전탄성체층(140)과, 상기 제2유전탄성체층(140) 상부에 배치된 광학크리스탈층(photonic cyrstal layer)(150)으로 구성된다.
상기 제1도전층(110)과 제2도전층(130) 및 제1유전탄성체층(120)은 음향부재(S)를 형성하고 제2유전탄성체층(140)과 광학크리스탈층(150)은 광학부재(P)를 구성한다.
상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)은 낮은 면저항을 가지고 높은 전압과 빠른 주파수에서의 구동이 가능하며, 가시광선 영역에 해당하는 파장의 광을 모두 투과시켜 투명한 물질로 구성된다. 상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)은 가교된 삼차원 폴리머가 다량의 전해질을 함유하는 형태로 형성될 수 있다. 상기 삼차원 폴리머는 탄성체 또는 전도성 폴리머로서 투명하고 높은 신축성을 가지며, 이때 상기 탄성체 또는 전도성 폴리머에는 전해질이 분산되어 있다. 또한, 상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)은 전도성 이온액으로만 형성되어 높은 유연성을 구비할 수 있다.
제1도전층(110) 및 제2도전층(130)에 포함되는 전해질은 투명하고 이온을 수송할 수 있는 매질로 구성된다. 이러한 전해질로는 NaCl 등의 수용성 염 용액이 이용될 수 있고 비수용성 매질이 이용될 수 있다.
상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)의 가교된 삼차원 폴리머는 투명한 망상폴리머(Polymer Network)를 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 망상폴리머는 투명하면서도 탄성을 갖는 이온 전도성의 성질을 갖는다.
또한, 상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)은 많은 양의 수분을 포함하는 3차원 망상폴리머로 이루어진 하이드로젤 형태로 형성될 수도 있다, 이때, 폴리아크릴산, 폴리 N-이소프로필아크릴아미드(PNIPA), 폴리 하이드록시 에틸메타크릴레이트(PHEPA), 폴레에틸렌 글리콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA) 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)은 이온가교 알지네이트와 공유가교 폴리아크릴아미드를 이용하여 형성된 하이드로젤로 형성될 수도 있다.
상기 제1유전탄성체층(120)은 높은 유전성 및 탄성을 갖는 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1유전탄성체층(120)은 실리콘 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 하이드로제네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(H-NBR), 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 에피클로 로하이드린 고무, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 클로리네이티드 폴리에틸렌 및 이들의 화합물로 구성될 수 있다.
상기 제1도전층(110)과 제2도전층(130) 및 제1유전탄성체층(120)은 음향부재(S)를 형성한다. 즉 상기 제1유전탄성체층(120)은 제1도전층(110)과 제2도전층(130)에 전압이 인가됨에 따라 전기변형(electrostriction)을 발생시켜 소리를 생성한다. 전기변형은 전압이 인가됨에 따라 제1유전탄성체층(120)에 생성되는 맥스웰 응력(Maxwell stress)에 의해 발생한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1유전탄성체층(120)의 양측에 배치된 제1도전층(110)과 제2도전층(130)에 전압을 인가하면 상반된 전하로 인하여 상기 제1유전탄성체층(120)에는 정전기가 발생하며, 맥스웰응력에 의해 z 방향으로 인력이 작용하여 제1유전탄성체층(120)을 압박하고 상기 제1유전탄성체층(120)이 x-y 방향으로 팽창하게 된다. 상기 제1도전층(110)과 제2도전층(130)에 인가되는 전압이 높아질수록 증가된 스트레스로 인해 탄성 유전체의 두께는 더욱 압축이 되며 면적은 더욱 팽창하게 되며, 반대로 전압이 낮아지면 스트레스가 감소해 유전체는 본래의 크기로 돌아오게 된다.
이와 같이, 제1유전탄성체층(120)의 팽창과 수축에 의해 상기 제1유전탄성체층(120)으로부터 음향이 발생함으로써 제1도전층(110)과 제2도전층(130) 및 제1유전탄성체층(120)이 음향부재(S)로서 작동하게 된다.
이후 설명되지만, 상기 음향부재(S)에는 가청 주파수와 같이 주파수(λ1)가 높은 교류전압이 인가된다.
상기 제1유전탄성체층(120)과 마찬가지로, 상기 제2유전탄성체층(140)은 높은 유전성 및 탄성을 갖는 다양한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2유전탄성체층(140)은 실리콘 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 하이드로제네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(H-NBR), 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 에피클로 로하이드린 고무, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 그리고 클로리네이티드 폴리에틸렌 및 이들의 화합물로 구성될 수 있다.
상기 제2유전탄성체층(140)은 제1유전탄성체층(120)과 동일한 물질로 구성될 수도 있지만, 다른 물질로 구성될 수도 있다.
상기 광학크리스탈층(150)은 젤 형태의 폴리머물질과 상기 폴리머물질에 충진된 비드(Bead)로 구성된다. 예를 들어, 상기 광학크리스탈층(150)은 하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA) 또는 폴리디메틸실록산(PDMS)젤에 비드가 충진된 구조로 구성될 수 있다. 이때, 비드는 폴리카보네이트(PC), 폴리스타이렌(PS), 실리카(SiO2) 등으로 구성될 수 있으며, 비드의 직경은 100-280nm, 바람직하게는 170-210nm일 수 있다.
상기 제2유전탄성체층(140)과 광학크리스탈층(150)은 광학부재(P)를 형성한다. 상기 광학부재(P)는 외부로부터 입사되는 가시광선중 특정 파장(λ2)의 광을 반사시킴으로써 원하는 컬러를 표시할 수 있게 된다.
이러한 광학부재(P)에서 컬러를 구현하는 것을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)에 전압이 인가되면, 맥스웰응력에 의해 z 방향으로 인력이 작용하여 제2유전탄성체층(140)을 압박하여 상기 제2유전탄성체층(140)이 x-y 방향으로 팽창하게 된다. 상기 제2유전탄성체층(140)이 x-y 방향으로 팽창함에 따라, 상기 제2유전탄성체층(140)과 합착된 광학크리스탈층(150) 역시 x-y 방향으로 팽창한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광학크리스탈층(150) 내부에 충진된 비드(153)는 격자(Lattice)와 같이 규칙적으로 배열되어 광학크리스탈구조를 형성한다. 외부로부터 광학크리스탈구조의 내부로 가시광선이 입사되면 상기 비드(153)에 의해 반사된다. 이때, 비드(153)의 격자의 주기와 동일한 파장(λ2)의 광은 보강간섭되는 반면에 다른 파장의 광은 상쇄간섭되므로, 대응하는 파장(λ2)의 광만이 반사되고 다른 파장의 광은 소멸된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상대적으로 낮은 V1의 직류전압이 제1도전층(110) 및 제2도전층(130) 사이에 인가되는 경우, 광학크리스탈층(150)의 두께(t1)는 상대적으로 두껍고 면적(d1)은 상대적으로 작으며, 비드(53) 사이의 간격(ℓ1)은 상대적으로 작다. 따라서, 상기 광학크리스탈층(150)에서는 컬러중 장파장의 광, 예를 들면 적색(Red)의 광만이 보강간섭되어 반사되고 다른 파장의 광은 상쇄간섭되어 광학크리스탈층(150)에 의해 적색이 표시된다.
또한, 중간 정도인 V2의 직류전압(V2>V1)이 제1도전층(110) 및 제2도전층(130) 사이에 인가되는 경우, 광학크리스탈층(150)의 두께(t2)는 감소하고(t2>t1) 면적(d2)은 증가하며(d2>d1), 비드(53) 사이의 간격(ℓ2)은 증가한다(ℓ2>ℓ1). 따라서, 상기 광학크리스탈층(150)에서는 컬러중 중간파장의 광, 예를 들면 녹색(Green)의 광만이 보강간섭되어 반사되고 다른 파장의 광은 상쇄간섭되어 광학크리스탈층(150)에 의해 녹색이 표시된다.
그리고, 상대적으로 높은 정도인 V3의 직류전압(V3>V2>V1)이 제1도전층(110) 및 제2도전층(130) 사이에 인가되는 경우, 광학크리스탈층(150)의 두께(t3)는 더욱 감소하고(t3<t2<t1) 면적(d3)은 더욱 증가하며(d3>d2>d1), 비드(53) 사이의 간격(ℓ3)은 더욱 증가한다(ℓ3>ℓ2>ℓ1). 따라서, 상기 광학크리스탈층(150)에서는 컬러중 단파장의 광, 예를 들면 청색(Blue)의 광만이 보강간섭되어 반사되고 다른 파장의 광은 상쇄간섭되어 광학크리스탈층(150)에 의해 청색이 표시된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 광학소자(100)는 음향부재(S)에서는 음향을 출력하고 광학부재(P)에서는 컬러(즉, 영상)를 출력함으로써, 소리와 영상을 하나의 광학소자에서 출력할 수 있게 된다.
이때, 음향부재(S)는 가성주파수와 유사한 파장(λ1)을 갖는 교류전압에 의해 구동하며, 광학부재(P)는 설정된 세기(V1,V2,V3)를 갖는 직류전압에 의해 구동된다. 이러한 음향부재(S)와 광학부재(P)는 광학소자(100)의 한프레임(frame)내에 순차적으로 작동함으로써, 광학소자(100)를 시청하는 사용자는 음향과 영상을 동시에 감상할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학소자(100)에 인가되는 신호를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광학소자(100)의 단위 프레임은 2개의 필드로 구성되며, 제1필드에는 직류전압(Vd)이 인가되고 제2필드에는 교류전압(Va)이 인가된다. 상기 직류전압(Vd)은 광학소자(100)를 통해 표시되는 영상정보가 포함된 영상신호이고 교류전압(Va)은 광학소자(100)를 통해 출력되는 음향정보가 포함된 음향신호이다.
한편, 도면에서는 제1필드에 직류전압이 인가되고 제2필드에 교류전압이 인가되지만, 제1필드에 교류전압이 인가되고 제2필드에 직류전압이 인가될 수 있다. 또한, 도면에서는 제1필드와 제2필드가 거의 동일한 기간으로 설정되어 있지만, 제1필드와 제2필드이 시간은 필요에 따라 달라질 수 있다.
상기 신호가 광학소자(100)에 인가됨에 따라 단위 프레임 내에서 음향신호가 음향부재(S) 및 광학부재(P)가 구동하며, 단위 프레임 내에서 음향이 출력되고 영상이 표시되므로, 사용자는 음향과 영상을 동시에 감상할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 광학소자에서는 하나의 신호에 의해 대응하는 음향과 영상이 동시에 구현되므로, 음향과 영상이 매칭되지 않아 발생하는 불량을 방지할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학소자(200)의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이 구조의 광학소자(200)는 제1도전층(210) 및 제2도전층(230)과, 상기 제1도전층(210) 및 제2도전층(230) 사이에 배치된 유전탄성체층(220)과, 상기 제2도전층(230) 위에 배치된 광학크리스탈층(250)으로 구성된다. 이 구조의 광학소자(200)는 도 1에 도시된 광학소자(100)와는 그 구조가 유사하며, 단지 제2유전탄성체층(140)이 구비되지 않는 다는 점만이 다르다.
상기 제1도전층(210) 및 제2도전층(230)은 가교된 삼차원 폴리머는 투명한 망상폴리머(Polymer Network)를 이용하여 형성될 수 있으며, 많은 양의 수분을 포함하는 3차원 망상폴리머로 이루어진 하이드로젤 형태로 형성될 수도 있다,
상기 유전탄성체층(220)은 실리콘 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 하이드로제네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(H-NBR), 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 에피클로 로하이드린 고무, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 그리고 클로리네이티드 폴리에틸렌 등과 같이 높은 유전성 및 탄성을 갖는 다양한 물질로 형성될 수도 있다.
상기 광학크리스탈층(250)은 젤 형태의 폴리머물질과 상기 폴리머물질에 충진된 비드(Bead)로 구성된다. 또한, 광학크리스탈층(250)에는 유전탄성체층(220)에 포함된 유전탄성체물질이 포함될 수 있다. 이와 같이, 광학크리스탈층(250)에 유전탄성체물질이 포함되는 경우, 상기 광학크리스탈층(250) 자체가 유전탄성 특성을 가진다. 따라서, 이 실시예의 광학소자(200)에서는 제2도전층(230)과 광학크리스탈층(250) 사이에 별도의 유전탄성체층 없이도, 전압인가에 의해 상기 광학크리스탈층(250) 자체에 맥스웰응력이 발생하여 상기 광학크리스탈층(250)이 x-y 방향으로 팽창함으로써 원하는 파장의 광을 반사시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 제3실시예에 따른 광학소자(300)의 구조를 나타내는 도면이다. 이 실시예의 광학소자(300)는 도 1에 도시된 제1실시예의 광학소자(100)와는 그 구성이 유사하므로, 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 다른 구조에 대해서만 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 광학소자(300)에는 제1도전층(310)의 하면과 제2도전층(330)의 상면에 각각 제1전극(360) 및 제2전극(370)이 구비된다. 상기 제1전극(360) 및 제2전극(370)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 금소산화물로 형성되거나, Ag, Au, Cu, Al, Ni 등의 금속으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 이 실시예에서는 상기 제1도전층(310) 및 제2도전층(330)을 낮은 저항을 갖는 상기 제1전극(360) 및 제2전극(370)과 직접 접촉시킴으로써, 제1유전탄성체층(320) 및 제2유전탄성체층(340)에 인가되는 신호지연을 방지할 수 있게 된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 제4실시예에 따른 광학소자(400)의 구조를 나타내는 도면이다. 이 실시예의 광학소자(400)는 도 1에 도시된 제1실시예의 광학소자(100)와는 그 구성이 유사하므로, 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하고 다른 구조에 대해서만 설명한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 광학소자(400)에서는 제1유전탄성체층(420)의 상하면에 각각 전극(460) 및 도전층(430)이 배치된다. 이때, 상기 전극(460)은 투명한 금속산화물 또는 금속으로 구성될 수 있으며 도전층(430)은 가교된 삼차원 폴리머로 구성될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 광학소자(400)에서는 제1유전탄성체층(420)의 상하면에 각각 도전층(410) 및 전극(470)이 배치된다. 이때, 상기 전극(470)은 투명한 금속산화물 또는 금속으로 구성될 수 있으며 도전층(410)은 가교된 삼차원 폴리머로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광학소자에서는 음향부재와 광학부재가 적층되어 구성되며, 한 프레임의 신호에 음향정보와 영상정보가 포함된다. 따라서, 하나의 광학소자의 표면에 원하는 컬러(또는 영상)를 표시할 수 있을 뿐만 아니라 광학소자의 표면으로부터 음향이 출력된다. 따라서, 영상과 음향이 동시에 구현되므로, 영상과 음향의 비매칭에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 광학소자에서는 음향을 출력하기 위해 광학소자와는 별도로 음향시스템을 구비하지 않아도 되므로, 광학소자를 이용하여 표시장치를 제작할 때 별도의 음향시스템이 필요없게 되므로 표시장치를 포함한 전자제품의 부품을 감소하고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에 따른 광학소자를 표시장치에 적용하는 경우, 음향이 점음원으로부터 출력되는 것이 아니라 표시장치의 화면 전체에 걸쳐 출력되므로, 진정한 스테레오음향을 실현할 수 있게 된다.
이하에서는 상기와 같은 광학소자를 구비한 표시장치에 대해 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명에 따른 광학소자를 구비한 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 표시장치(1)는 표시패널(10)과, 데이터드라이버(50)와, 게이트드라이버(60)와, 타이밍컨트롤러(70)로 구성된다.
상기 표시패널(10)은 서로 수직으로 교차하는 복수의 게이트라인(GL)과 복수의 데이터라인(DL)이 매트릭스형상으로 배치되고, 상기 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)의 교차영역에는 각각 화소가 정의된다. 각각 화소에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터에 의해 제어되는 광학소자(100)가 구비되어 화면을 표시하게 된다.
상기 박막트랜지스터(T)는 게이트라인(GL)으로부터의 주사신호, 즉 고전위의 게이트전압이 인가되는 경우 턴-온되어 데이터라인(DL)으로부터 공급되는 신호를 광학소자(100)에 인가한다. 또한, 박막트랜지스터(T)는 게이트라인(GL)으로부터 저전위 게이트전압이 인가되는 경우 턴-오프되어 광학소자(100)에 충전된 데이터전압이 한 프레임 동안 유지되게 한다.
게이트드라이버(60)는 표시패널(10)의 일단에 배치되며, 표시패널(10)에 형성된 게이트라인(GL)과 전기적으로 접속되어 하나의 수평라인씩 순차적으로 게이트구동신호를 출력한다.
게이트드라이버(60)는 타이밍컨트롤러(700)로부터 인가되는 게이트제어신호(GCS)에 응답하여 표시패널(10)상에 배열된 박막트랜지스터(T)을 턴-온(turn-on)하며, 이에 따라 데이터드라이버(50)로부터 공급되는 신호가 각 박막트랜지스터(T)에 접속된 광학소자(100)로 인가되도록 한다.
게이트제어신호(GCS)는 게이트스타트펄스(GSP;Gate Start Pulse), 게이트쉬프트클럭(GSC;Gate Shift Clock), 게이트출력인에이블(GOE;Gate Output Enable) 등이 있다.
데이터드라이버(50)는 타이밍컨트롤러(70)로부터 입력되는 데이터제어신호들에 대응하여 입력되는 신호를 정렬하고, 감마기준전압생성부(도면표시하지 않음)로부터 감마기준전압(GMA)을 공급받아 신호에 대응하는 아날로그형태의 데이터전압으로 변환한다. 이때, 입력되는 신호에는 음향정보 및 영상정보가 포함되며, 변환된 데이터전압에는 음향정보에 대응하는 교류전압과 영상정보에 대응하는 직류전압이 포함된다.
데이터제어신호(DCS)는 소스스타트펄스(SSP; Source Start Pulse), 소스쉬프트클럭(SSC; Source Shift Clock) 및 소스출력인에이블(SOE; Source Output Enable) 등을 포함한다. 여기서, 소스스타트펄스(SSP)는 데이터드라이버(120)의 데이터샘플링 시작타이밍을 제어하는 신호이며, 소스샘플링클럭(SSC)은 라이징(rigning) 또는 폴링(falling) 에지에 대응하여 데이터드라이버(50)를 구성하는 각 구동IC에서 데이터의 샘플링타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 또한, 소스출력인에이블(SOE)은 데이터드라이버(50)의 출력타이밍을 제어한다.
각각의 화소내에는 광학소자(100)가 배치된다. 상기 광학소자(100)는 음향부재와 광학부재를 구비하여 영상의 표시와 동시에 음향을 출력할 수 있게 된다. 상기 광학소자(100)는 R(Red), G(Green), B(Blue)의 컬러를 표시하는 광학소자로서, 표시패널(10) 내에 일정한 규칙으로 배열되어 원하는 영상을 구현할 수 있게 된다.
도 8은 도 7에 도시된 한화소의 구조를 나타내는 도면으로, 화소내의 광학소자(100)와 박막트랜지스터(T)의 구조를 나타낸다. 이때, 광학소자(100)는 도 1의 제1실시예에 도시된 구조의 광학소자(100)를 예를 들어 도시하였지만, 이러한 구조에 한정되는 것이 아니라 제1-4실시예의 광학소자(100)가 적용될 수 있을 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 투명한 제1기판(12) 위에는 박막트랜지스터(T)가 배치된다. 상기 박막트랜지스터(T)는 제1기판(12) 위의 R,G,B화소에 각각 형성된 게이트전극(22)과, 상기 게이트전극(22)이 형성된 제1기판(12) 전체에 걸쳐 형성된 게이트절연층(14)과, 상기 게이트절연층(14) 위에 형성된 반도체층(24)과, 상기 반도체층(24) 위에 형성된 소스전극(26) 및 드레인전극(28)을 포함한다.
상기 제1기판(12)은 연성이 좋고 투명한 플라스틱물질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 게이트전극(22)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금 등의 금속으로 형성될 수 있으며, 상기 게이트절연층(14)은 SiO2나 SiNx와 같은 무기절연물질로 이루어진 단일층 또는 SiO2 및 SiNx으로 이루어진 이중의 층으로 형성될 수 있다.
반도체층(24)은 비결정질실리콘이나 결정질 실리콘, 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 투명산화물반도체로 형성된다. 또한, 소스전극(26) 및 드레인전극(28)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금으로 형성될 수 있다.
상기 박막트랜지스터(T)가 형성된 제1기판(12) 위에는 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 구성된 보호층(16)이 적층되며, 상기 보호층(16) 위에 광학소자(100)가 배치된다.
광학소자(100)는 상기 보호층(16) 위에 배치되어 보호층(16)에 형성된 컨택홀을 통해 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(28)과 전기적으로 접속되는 제1도전층(110)과, 상기 제1도전층(110) 위에 배치된 제1유전탄성체층(120)과, 상기 제1유전탄성체층(120) 위에 배치된 제2도전층(130)과, 상기 제2도전층(130) 위에 배치된 제2유전탄성체층(140)과, 상기 제2유전탄성체층(140) 위에 배치된 광학크리스탈층(150)으로 구성된다.
상기 제1도전층(110), 제1유전탄성체층(120), 제2도전층(130), 제2유전탄성체층(140) 및 광학크리스탈층(150)은 도 1에 도시된 제1실시예의 광학소자의 구성과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 상기 제1도전층(110), 제1유전탄성체층(120), 제2도전층(130)은 음향부재를 형성하며 제2유전탄성체층(140) 및 광학크리스탈층(150)은 광학부재를 형성한다.
상기 광학소자의 상부에는 제2기판(18)이 배치된다. 상기 제2기판(18)은 플라스틱필름과 같이 투명하고 유연한 물질로 구성될 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명에 따른 표시패널(10)에서는 제2유전탄성체층(140)을 제거할 수도 있다. 이 경우, 상기 광학크리스탈층(150)에 제2유전탄성체층(140)에 포함되는 투명한 탄성체물질이 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1도전층(110)과 보호층(16) 사이 및 제2도전층(130)의 상부에는 각각 투명한 금속산화물이나 금속으로 이루어진 제1전극 및 제2전극이 추가로 배치될 수 있다.
그리고, 상기 제1도전층(110) 및 제2도전층(130)중 적어도 하나를 투명한 금속산화물이나 금속으로 이루어진 전극으로 대체할 수도 있다.
다시 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 표시장치에서는 표시패널(10)의 복수의 화소에 각각 음향부재와 광학부재로 이루어진 광학소자를 구비하며, 복수의 광학소자에 음향정보 및 영상정보가 포함된 신호를 인가함으로써 광학소자를 구동한다.
도 9는 본 발명에 따른 표시장치에서, 데이터드라이버(50)에 의해 생성된 신호(Input) 및 상기 신호에 따른 출력(Output1,Output2)를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 생성된 신호는 음향정보 및 영상정보를 포함하며, 상기 음향정보는 교류전압으로 구성되고 영상정보는 직류전압으로 구성된다. 이때, 상기 교류전압과 직류전압은 한 프레임의 신호의 제1필드 및 제2필드에 형성되므로, 한 프레임 내에서 음향과 영상을 동시에 출력할 수 있게 된다.
또한, 표시패널(10)의 R,G,B 화소는 하나의 영상을 형성하며, 이 영상에 대응하는 음향은 대응하는 R,G,B 화소에는 출력됨으로써, 영상과 음향이 동일한 위치에서 출력되도록 하여 영상과 음향을 완벽하게 매칭할 수 있게 된다.
예를 들어, 본 발명에서 자동차가 화면상의 일측에서 타측으로 이동하는 영상을 구현하는 경우, 자동차의 이동, 즉 자동차의 영상을 표시하는 영역의 이동과 동일하게 음향이 출력되는 영역을 이동시킴으로써, 실제 이동하는 자동차에서 배기음이 출력되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
10 : 표시패널 50 : 데이터드라이버
60 : 게이트드라이버 70 : 타이밍컨트롤러
110,130 : 도전체층 120,140 : 유전탄성체층
150 : 광학크리스탈층

Claims (13)

  1. 제1전극부재;
    상기 제1도전층 위에 배치된 제1유전탄성체층;
    상기 제1유전탄성체층 위에 배치된 제2전극부재; 및
    상기 제2전극부재 위에 배치된 광학크리스탈층으로 구성된 광학소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1전극부재는 제1도전층 및 제1전극중 적어도 하나를 포함하는 광학소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2전극부재는 제2도전층 및 제2전극중 적어도 하나를 포함하는 광학소자.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제1도전층 및 제2도전층은,
    탄성체 또는 전도성 폴리머; 및
    상기 탄성체 또는 전도성 폴리머에 포함된 전해질로 이루어진 광학소자.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1전극 및 제2전극은 투명한 금속산화물 또는 금속으로 이루어진 광학소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2전극부재와 광학크리스탈층 사이에 배치된 제2유전탄성체층을 추가로 포함하는 광학소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1유전탄성체층 및 제2유전탄성체층은 각각 실리콘 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 하이드로제네이트 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(H-NBR), 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM), 아크릴 고무, 우레탄 고무, 에피클로 로하이드린 고무, 클로로설포네이티드 폴리에틸렌, 클로리네이드 폴리에틸렌, 이들의 화합물로 구성된 일군으로부터 선택된 물질로 이루어진 광학소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학크리스탈층은 젤 형태인 고분자 물질; 및
    상기 고분자물질에 충진된 비드를 포함하는 광학소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광학크리스탈층은,
    유전성 및 탄성을 갖는 물질; 및
    상기 유전성 및 탄성을 가진 물질에 충진된 비드를 포함하는 광학소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1전극부재와 제1유전탄성체층 및 제2전극부재는 음향을 출력하고 상기 광학크리스탈층에서는 광을 반사하여 영상을 표시하는 광학소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1전극부재 및 제2전극부재에 인가되는 신호의 일 프레임은 음향정보를 포함하는 제1필드 및 영상정보를 포함하는 제2필드로 구성된 광학소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 신호의 일 프레임의 제1필드에는 교류전압이 인가되고 제2필드에는 직류전압이 인가되는 광학소자.
  13. 복수의 화소;
    상기 복수의 화소 각각에 배치된 박막트랜지스터; 및
    복수의 화소 각각에 배치된 청구항 제1항 내지 제12항중 어느 한항의 광학소자로 구성된 표시장치.
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