KR20230102329A - 시야각을 제어할 수 있는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 표시장치는 복수의 화소가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 복수의 화소 중 인접한 제1 화소, 제2 화소가 하나의 그룹 화소를 이루는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되고, 상기 그룹 화소의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키는 개구부와 상기 그룹 화소의 나머지 영역에 위치한 전기변색소자를 갖도록 형성된 배리어층; 및 상기 디스플레이 패널 및 상기 배리어층에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하는 구동부; 를 포함한다.

Description

시야각을 제어할 수 있는 표시장치{Display device with controllable viewing angle}
본 명세서는 시야각을 제어할 수 있는 표시장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 영상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있다. 이에 따라, 최근에는 액정표시장치, 발광표시장치, 유기 발광 표시장치, 마이크로 발광 표시장치, 양자점 발광 표시장치 등과 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
이러한 표시장치는 사용자가 다양한 각도 방향에서 영상을 볼 수 있도록 하기 위해 넓은 시야각을 갖도록 개발되는 것이 일반적이다. 그러나, 표시장치의 시야각이 넓은 경우 오히려 제품의 특성에 악영향을 미치는 경우가 발생할 수 있어, 좁은 시야각을 요구하기도 한다.
예를 들어, 은행의 입출금장치(ATM)의 경우, 사용자가 개인정보를 입력하게 될 때 주위의 다른 사람이 개인정보를 인지하지 못하도록 하는 것이 요구되므로 표시장치의 시야각이 좁은 것이 더 바람직하다. 또한, 차량의 네비게이션 시스템의 경우 표시장치의 시야각이 넓은 경우, 야간 운행시 차량의 전면 유리창(Wind Shield)에 빛이 반사되어 운전자의 안전운행에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 컴퓨터나 휴대폰의 경우, 사용자가 프라이버시가 노출되는 것을 원하지 않는 경우에도 표시장치의 시야각이 넓은 것이 오히려 사용자의 요구와 상반된다.
따라서, 요구되는 상황에 적합하게 시야각을 조절할 수 있는 시야각을 제어할 수 있는 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 개시는 시야각을 제어할 수 있는 표시장치에 관한 것으로서, 표시장치의 해상도 저하 및 휘도 저하를 방지하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 명세서는 다음과 같은 특징이 있는 실시예를 가진다.
일 실시예에 따른 표시장치는 복수의 화소가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 복수의 화소 중 인접한 제1 화소, 제2 화소가 하나의 그룹 화소를 이루는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되고, 상기 그룹 화소의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키는 개구부와 상기 그룹 화소의 나머지 영역에 위치한 전기변색소자를 갖도록 형성된 배리어층; 및 상기 디스플레이 패널 및 상기 배리어층에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하는 구동부; 를 포함하는 표시장치.
상기 구동부는 상기 광시야각 모드에서, 상기 디스플레이 패널을 이루는 상기 복수의 화소 모두에 하나의 프레임을 이루는 이미지 신호를 인가하고, 상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 투과시키도록 동작하는 투과모드 제어신호를 인가한다.
상기 구동부는 상기 협시야각 모드에서, 상기 복수의 화소 중 상기 제1 화소에는 하나의 프레임을 이루는 이미지 신호를 인가하고, 상기 제2 화소에는 블랙 신호를 인가하고, 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 차단하도록 동작하는 차단모드 제어신호를 인가한다.
상기 배리어층은 상기 개구부가 상기 제1 화소의 상부에 위치한다.
다른 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소가 매트릭스 형태로 배열된 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되고, 상기 복수의 화소의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키는 제1 개구부와 상기 복수의 화소의 나머지 영역에 위치한 전기변색소자를 갖도록 형성된 제1 배리어층; 및 상기 디스플레이 패널 및 상기 배리어층에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하는 구동부; 를 포함한다.
상기 구동부는 상기 광시야각 모드에서, 상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 투과시키도록 동작하는 투과모드 제어신호를 인가하고, 상기 협시야각 모드에서, 상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 차단하도록 동작하는 차단모드 제어신호를 인가한다.
상기 표시장치는 상기 제1 배리어층 상부에 배치된 제2 배리어층을 더 포함하고, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 개구부에 대응하는 위치에 배치되는 제2 개구부와 상기 전기변색소자에 대응하는 위치에 배치되어 빛을 차단하는 차단부를 포함한다.
상기 표시장치는 상기 제1 배리어층 및 상기 디스플레이 패널 사이에 개재된 제2 배리어층을 더 포함하고, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 개구부에 대응하는 위치에 배치되는 제2 개구부와 상기 전기변색소자에 대응하는 위치에 배치되어 빛을 차단하는 차단부를 포함한다.
상기 전기변색소자는 대향 배치된 2개의 투명전극, 전기변색층, 및 이온저장층을 포함한다.
상기 전기변색층은 산화 또는 환원 반응을 통해 광특성이 변경되는 물질인 것을 특징으로 한다.
실시예에 따른 표시장치는 시야각을 제어하는 것과 동시에, 광시야각 모드에서 표시장치의 해상도 저하 및 휘도 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 표시장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 표시장치가 광시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이다.
도 3은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 표시장치가 협시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이다.
도 4는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 배리어층을 구성하는 전기변색소자의 단면도이다.
도 5는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 표시장치가 광시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이다.
도 6은 본 명세서의 제2 실시예에 따른 표시장치가 협시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이다.
도 7은 본 명세서의 제3 내지 제5 실시예에 따른 표시장치의 개략적 구성도이다.
도 8은 본 명세서의 제3 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 9는 도 8의 AA 영역을 확대한 도면이다.
도 10은 도8의 AA 영역에서의 광경로를 도시한 도면이다.
도 11은 굴절율이 서로 다른 2개 층에서의 스넬의 법칙을 도시한 도면이다.
도 12는 본 명세서의 제4 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 13는 도 12의 BB 영역을 확대한 도면이다.
도 14은 도12의 BB 영역에서의 광경로를 도시한 도면이다.
도 15는 3개 층에서의 스넬의 법칙을 도시한 도면이다.
도 16은 본 명세서의 제5 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
본 명세서의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 명세서가 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '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.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로서, 실제 제품의 부품 명칭과는 상이할 수 있다.
도 1은 본 명세서의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 표시장치의 개략적 구성도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치는 화상을 표시하기 위한 디스플레이 패널(100)과 디스플레이 패널(100)을 구동하기 위한 구동부(200)를 포함한다.
디스플레이 패널(100)은 서로 교차되는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)에 의해 영역이 구분되는 복수 개의 화소(P)들로 이루어진다.
디스플레이 패널(100)을 이루는 복수 개의 화소(P)는 행(Row)과 열(Column)을 이루는 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 화소(P)는 색상을 표시하기 위한 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)로 이루어지고, 수평 방향으로 인접한 세 개의 화소(P)가 모여 하나의 그룹 화소(GP)를 구성한다.
디스플레이 패널(100)은 게이트 라인(GL)에 순차적으로 공급되는 스캔 신호와, 데이터 라인(DL)을 통해 공급되는 이미지 신호에 따라 각 화소(P)에 화상을 표시하게 된다.
배리어층(110)는 디스플레이 패널(100)의 상부에 배치된다.
도 2 내지 도 3의 실시예(이하, 제1 실시예)에 따른 배리어층(110)는 수동형 배리어층으로서 개구부(111)와 차단부(112)로 구성된다. 수동형 배리어층(110)의 개구부(111)는 그룹 화소(GP)의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키고, 차단부(112)는 그룹 화소(GP)의 나머지 영역에 위치하여 빛을 차폐시킨다.
도 4 내지 도 6의 실시예(이하, 제2 실시예)에 따른 배리어층(110)는 능동형 배리어층으로서 개구부(111)와 전기변색소자(113)로 구성된다. 전기변색소자(112)는 전기화학적 산화 및 환원 반응에 따라 전기변색 활성물질의 색이나 광 투과도와 같은 광학적 성질이 변한다. 전기변색소자(112)는 인가되는 전기적 신호에 따라 빛의 투과도가 조절될 수 있다.
도 1을 참조하면, 구동부(200)는 디스플레이 패널(100)을 구성하는 그룹 화소(GP)의 각 화소(P)로 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하게 된다.
다양한 실시예에서 구동부(200)는 배리어층(110)에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하게 된다.
이러한 구동부(200)는 디스플레이 패널(100)의 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)을 각각 구동하기 위한 게이트 구동부(210)와 데이터 구동부(220), 타이밍 컨트롤러부(230) 등을 포함한다.
게이트 구동부(210)는 타이밍 컨트롤러부(230)로부터 공급되는 게이트 제어 신호에 따라 게이트 라인(GL)에 순차적으로 스캔 신호를 공급한다.
데이터 구동부(220)는 타이밍 컨트롤러부(230)로부터 공급되는 데이터 제어 신호에 응답하여 타이밍 컨트롤러부(230)로부터 신호 변환부(250)를 거쳐 입력되는 화소 데이터(그레이 레벨)를 이미지 신호로 변환하고, 이를 데이터 라인(DL)에 공급한다.
타이밍 컨트롤러부(230)는 외부에서 입력되는 적색, 녹색, 청색의 화소 데이터를 출력하고, 수직 및 수평 동기 신호(Vsync, Hsync), 클럭(CLK) 등을 이용하여 게이트 구동부(210)와 데이터 구동부(220)의 구동 타이밍을 각각 제어하는 게이트 제어 신호와 데이터 제어 신호를 생성한다.
도 2 내지 도 3은 본 명세서의 제1 실시예에 따른 수동형 배리어층으로 구성된 표시장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 표시장치가 광시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이고, 도 3은 표시장치가 협시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이다.
2개의 화소(P1, P2)로 이루어지는 그룹 화소를 주기로, 배리어층(110)를 도2 및 도3에 나타난 단면과 같이 배치한 후 각 그룹 화소(GP)의 신호 처리를 제어하면, 시야각의 광협을 제어할 수 있다.
제1 실시예에 따른 표시 장치는 배리어층(110)의 개구부(111) 및 차단부(112)에 대응하는 화소(P)들을 각각의 모드에 따라 온/오프 시키거나, 다른 신호를 공급한다.
디스플레이 패널(100)의 상부에 일정한 간격을 두고 수동형 배리어층(110)이 위치하고, 디스플레이 패널(100)에서는, 수평 방향으로 나란히 배열된 제1 화소(P1), 제2 화소(P2)가 하나의 그룹 화소(GP)를 이룬다. 디스플레이 패널(100) 상부에는 화소를 형성하는 다양한 구조물의 굴곡을 평탄화 하기 위한 제1 평탄화층(105)이 배치될 수 있다.
수동형 배리어층(110)의 개구부(111)는 제1 화소(P1)의 상부 영역에 형성된다. 차단부(112)는 제2 화소(P2)의 상부 영역에 형성되되, 제2 화소의 전체 면을 커버하도록 형성된다. 수동형 배리어층(110)은 차단부(112)의 굴곡을 평탄화하는 제2 평탄화층(115)을 포함할 수 있다.
제2 화소(P2)의 정면 상부에는 수동형 배리어층(110)의 차단부(112)가 구성된다. 이러한 구조에서, 제2 화소(P1)로 인가되는 신호가 이미지 신호 또는 블랙 신호로 제어되면, 정면 및 측면 시야각이 모두 유효한 광시야각 모드와 측면 시야각이 차단되는 협시야각 모드가 선택적으로 스위칭된다.
이하에서는 디스플레이 패널(100)로부터 출사되는 광을 컷오프 각도 범위 내로만 출사되도록 하는 것을 협시야각 모드라하고, 디스플레이 패널(100)로부터 출사되는 광을 일정 각도 범위 이상으로 출사되도록 하는 것을 광시야각 모드라 정의한다.
보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 광시야각 모드에서, 디스플레이 패널(100)을 이루는 복수의 화소(P1, P2) 모두에 하나의 프레임에 대응하는 이미지 신호가 각각 인가되고, 그에 따라 정면 및 측면 방향 모두에서 동일한 프레임이 표시된다.
도 3을 참조하면, 협시야각 모드에서, 디스플레이 패널(100)을 구성하는 복수의 화소(P1, P2) 중 제1 화소(P1)에만 하나의 프레임을 표시하기 위한 이미지 신호가 인가되고, 제2 화소(P2)에는 블랙 신호가 인가된다. 그에 따라 정면 방향에서는 정상적인 프레임이 표시되고, 측면 방향에서는 정상적인 프레임을 왜곡한 블랙 프레임이 표시된다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 표시장치는 디스플레이 패널 상부에 개구부와 차단부를 갖도록 형성된 배리어층(110)을 배치하고, 디스플레이 패널(100)을 구성하는 그룹 화소(GP)의 각 화소(P)로 인가되는 신호를 구동부(200)가 제어함으로써 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동할 수 있다.
다만, 제1 실시예에 따른 배리어층(110)은 수동형으로서 차단부(112)는 제2 화소(P2) 상부에 배치되어 광시야각 모드에서도 제2 화소(P2)가 방출하는 빛을 차폐시킨다. 따라서 협시야각 모드뿐만 아니라 광시야각 모드에서도 디스플레이 패널(100)이 구현 가능한 휘도 대비 1/2배 휘도만 표시가 가능하다는 단점이 있다.
도 4 내지 도 6은 본 명세서의 제2 실시예에 따른 능동형 배리어층으로 구성된 표시장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 배리어층을 구성하는 전기변색소자의 단면도이다. 도 5는 표시장치가 광시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이고, 도 6은 표시장치가 협시야각 모드로 동작하는 경우의 도면이다.
제 2 실시예에 따른 능동형 배리어층(110)는 차단부(112)의 굴곡을 평탄화하는 제2 평탄화층(115)을 포함할 수 있다. 능동형 배리어층(110)은 제1 실시예의 수동형 배리어층(110)과 대비하여 제1 실시예의 차단부(112)가 전기변색소자(113)로 대체되어 있다는 점에서 차이가 있다. 광시야각 모드를 설명한 도 5에서는 전기변색소자(113)가 투명하게 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 전기변색소자(113)는 베이스층(7), 베이스층(7) 상에 배치된 제1 투명전극(6), 제1 투명전극(6) 상에 배치된 전기변색층(5), 전기변색층(5) 상에 배치된 이온 전도층(4), 이온 전도층(4) 상에 배치된 이온 저장층(3), 이온 저장층(3) 상에 배치된 제2 투명전극(2), 및 제2 투명전극(2) 상에 배치된 봉지층(1)을 포함한다.
베이스층(7)은 디스플레이 패널 상부를 평탄화하기 위한 것이다. 베이스층(7)은 유기 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 베이스층(7)은 폴리이미드 또는 포토아크릴(Photo Acryl)의 단일층 또는 복층으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 및 제2 투명전극(6, 2)은 전기변색층에 전하를 공급한다. 제1 및 제2 투명전극(6, 2)은 투명 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide, TCO), 전도성 고분자, 은나노 와이어(Ag Nanowire), 또는 메탈메쉬(Metal mesh) 중 어느 하나 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO, OMO(Oxide/Metal/Oxide) 또는 CTO 등이 전극물질로서 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 예시에서, 제1 및 제2 투명전극(6, 2)은 2 이상의 전극 물질이 복수 개의 층으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
전기변색층(5)은 광특성이 변경되는 물질로 정의될 수 있다. 전기변색층(5)은 산화텅스텐이나 리튬니켈산화물과 같은 무기물질을 전기변색물질로서 포함할 수 있다. 구체적으로, 특정 전위가 전극에 인가될 경우, H+, 또는 Li+, Na+와 같은 전해질 이온이 전기변색층과 이온 저장층(3) 사이를 이동하고, 동시에 외부 회로를 통해 전자가 전기변색층(5)에 주입되거나 전기변색층(5)으로부터 이탈하게 되면서, 전기변색물질의 산화/환원 반응이 교대되고, 전기변색층(5)이나 이온 저장층(3)의 착색(coloring) 또는 탈색(bleaching)이 이루어 진다.
이온 전도층(4)은 전기변색층(5)의 변색이나 탈색을 위해 이온의 이동 환경을 제공하는 층이다. 이온 전도층(4)은 전기변색층(5)의 양단에 전압이 인가될 때, 전기변색층(5)과 이온 저장층(3) 사이에 이온을 전도하는 층이다. 이온 전도층(4)은 이동 이온을 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 이온 전도층(4)은 고체 전해질층으로 형성될 수 있다. 이온 전도층은 탄탈럼(Ta)을 포함하여 구성될 수 있다.
이온 저장층(3)은 전기변색층(5)의 변색을 위한 가역적 산화/환원 반응시 전기변색층(5)과의 전하 균영을 맞추기 위해 형성된다. 이온 저장층(3)은 전기변색층(5)과는 발색 특성이 상이한 변색물질, 즉 상보적인 발색 특성을 거지는 변색 물질을 포함하도록 형성된다. 이온 저장층(3)은 탄탈럼(Ta), 니켈(Ni), 및 이리듐(Ir) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
봉지층(1)은 제2 투명전극(2) 상에 배치된다. 봉지층(1)은 수분이나 산소 등에 의해 전기변색소자(113)의 구성요소들이 열화되는 것을 최소화한다. 봉지층은 전기변색소자(113)의 상부면을 평탄화한다. 봉지층(1)은 무기물질 층 또는 유기물질 층으로 이루어질 수 있다. 또는, 봉지층(1)은 무기물질 층과 유기물질 층이 적층된 다층 구조로 형성될 수도 있다.
제2 실시예의 표시장치는 디스플레이 패널(100) 상에 배치된 배리어층(110)이 능동형이라는 점에서 제1 실시예의 배리어층(110)이 수동형이라는 점과 차이가 있다.
구체적으로 제2 실시예의 배리어층(110)은 그룹 화소의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키는 개구부(111)와 그룹 화소의 나머지 영역에 위치한 전기변색소자(113)를 갖도록 형성된다.
구동부(200)는 광시야각 모드에서, 디스플레이 패널(100)을 이루는 복수의 화소(P1, P2) 모두에 하나의 프레임을 이루는 이미지 신호를 인가하고, 배리어층(110)에 전기변색소자(113)가 빛을 투과시키도록 동작하는 투과모드 제어신호를 인가한다.
그리고 협시야각 모드에서, 구동부(200)는 복수의 화소 중 제1 화소(P1)에는 하나의 프레임을 이루는 이미지 신호를 인가하고, 제2 화소(P2)에는 블랙 신호를 인가하고, 배리어층(110)에 전기변색소자(113)가 빛을 차단하도록 동작하는 차단모드 제어신호를 인가한다.
제2 실시예에서는 광시야각 모드에서 전기변색소자(113)가 빛을 투과시키도록 동작한다. 따라서 제2 실시예는 제1 실시예와 대비하여 광시야각 모드에서 휘도가 저감되는 정도가 개선된다.
다만, 제1 실시예 및 제2 실시예는 2개의 화소(P1, P2)를 하나의 그룹 화소로 구동한다는 점에서 디스플레이 패널(100)이 실제 구현 가능한 해상도 보다 1/2배 낮아진다는 단점이 있다.
도 7은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 표시장치의 개략적 구성도이다. 구체적으로, 도 7은 본 명세서의 제3 내지 5 실시예에 따른 표시장치의 개략적 구성도이다.
도 1의 실시예는 2개의 화소(P1, P2)를 하나의 그룹 화소로 구동하는데 반하여, 도 7의 의 실시예는 디스플레이 패널(100)에 배열된 복수의 화소(P)를 개별 구동한다는 점에서 차이가 있다.
따라서 본 명세서에 따른 제3 내지 5 실시예는 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예의 해상도 저감 문제를 개선할 수 있다.
도 8 내지 도 10 실시예(이하, 제3 실시예)는 디스플레이 패널에 배열된 복수의 화소를 개별 구동한다.
도 8은 제3 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다. 도 9는 도 8의 AA 영역을 확대한 도면이다. 도 10은 도8의 AA 영역에서의 광경로를 도시한 도면이다. 도 11은 스넬의 법칙을 도시한 도면이다.
제3 실시예에 따른 표시장치는 디스플레이 패널(100), 디스플레이 패널(100)의 상부에 배치된 배리어층, 디스플레이 패널(100) 및 배리어층에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하는 구동부(200)를 포함한다.
디스플레이 패널(100)은 복수의 화소(P)가 매트릭스 형태로 배열된다.
배리어층은 디스플레이 패널(100)의 상부에 배치되어 개구부(111)와 전기변색소자(113)를 포함한다.
개구부(111)는 복수의 화소(P)의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시킨다.
전기변색소자(113)는 복수의 화소(P)의 나머지 영역에 위치한다. 전기변색소자(113)는 도 4에서 도시된전기변색소자(113)의 구성과 같다.
도 9 내지 도 11을 참고하여 협시야각 동작을 위한 디스플레이 패널(100)과 배리어층(110)의 설계 조건을 설명한다.
도 9에서 a는 전기변색소자(113)의 폭이다. d는 전기변색소자(113)와 화소(P)간의 거리이다. e는 전기변색소자(113)와 화소(P)가 중첩되는 영역의 폭이다. g는 화소(P)와 화소(P) 간의 간격이다. w는 화소(P) 하나의 폭이다. pt는 화소(P)의 배치 간격이다.
도 10에서 광경로 1(path 1)은 화소(P)의 좌측 에지에서 방출된 광의 경로를 나타낸다. 광경로 2(path 2)는 상기 화소(P)의 우측 에지에서 방출된 광의 광로를 나타낸다.
도 11은 굴절율이 서로 다른 두개의 매질에서 빛이 진행되는 경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 11에서 빛은 제1 굴절율(n1)을 가지는 제1 매질에서 제2 굴절율(n2)을 가지는 제2 매질로 진행되며, θ1은 입사각이고, θ2는 굴절각이다. 굴절율이 서로 다른 매질을 만나 빛이 진행되는 경로는 스넬의 법칙을 따른다. 스넬의 법칙에 따르면 굴절율과 입사각 및 굴절각의 관계식은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1을 x, y에 대한 관계식으로 정리하면 수학식 2와 같다
Figure pat00002
수학식 2를 도 10의 광경로 1에 대입하면 다음의 관계식 수학식 3을 얻을 수 있다.
Figure pat00003
협시야각 모드에서 컷오프 시야각(예를 들면 45도)보다 큰 각도에서는 화소에서 방출되는 광경로 1(path 1)이 보이면 안되므로, 수학식 3은 수학식 4와 같은 조건이 된다.
Figure pat00004
여기서 n1은 디스플레이 패널(100)의 제1 평탄화층(105)이 굴절률 값이고, nair는 공기의 굴절률 값으로서 1의 값을 가진다.
수학식 2를 도 10의 광경로 2(path 2)에 대입하면 다음의 관계식 수학식 5를 얻을 수 있다.
Figure pat00005
협시야각 모드에서는 광경로 2(path 2)가 전반사되어야 하므로, 수학식 3은 수학식 6과 같은 조건이 된다.
Figure pat00006
여기서 n1은 디스플레이 패널(100)의 제1 평탄화층(105)이 굴절률 값이고, nair는 공기의 굴절률 값으로서 1의 값을 가진다.
결과적으로 실시예 3의 표시장치는 협시야각 동작을 위해 수학식 4 및 수학식 6의 설계 조건을 만족시켜야 한다.
추가로 실시예 3의 표시장치의 휘도 손실을 최소화하기 위해서는 개구율 (OPR)이 최대가 되는 조건으로 설계하는 것이 바람직하다.
Figure pat00007
도 12는 제4 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다. 도 13는 도 12의 BB 영역을 확대한 도면이다. 도 14은 도12의 BB 영역에서의 광경로를 도시한 도면이다. 도 15는 3개 층에서의 스넬의 법칙을 도시한 도면이다. 도 16은 제5 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 13에서 a는 전기변색소자(113)의 폭이다. d1은 전기변색소자(113)와 화소(P)간의 거리이다. d2는 전기변색소자(113)와 차단부(122)간의 거리이다. e는 전기변색소자(113)와 화소(P)가 중첩되는 영역의 폭이다. g는 화소(P)와 화소(P) 간의 간격이다. w는 화소(P) 하나의 폭이다. pt는 화소(P)의 배치 간격이다.
도 14에서는 계산의 편의를 위해서 디스플레이 패널(100)의 제1 제1 평탄화층(105) 및 제1 배리어층(110)의 제2 평탄화층(115) 및 제2 배리어층(120)의 제3 제3 평탄화층(125)의 굴절율이 동일한 값을 가지는 것으로 가정하고 광경로를 도시하였다.
제4 내지 5 실시예에 따른 표시장치는 배리어층이 2개 층으로 형성된 것을 특징으로 한다.
제4 내지 5 실시예에 따른 표시장치에서, 제1 배리어층(110)은 제2,3 실시예의 능동형 배리어층으로 형성될 수 있다. 제2 배리어층(120)은 제1 실시예의 수동형 배리어층으로 형성될 수 있다. 제2 배리어층(120)은 개구부(121)와 차단부(122)로 구성된다. 제2 배리어층(120)의 개구부(121)는 제1 배리어층(110)의 개구부(111)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 제2 배리어층(120)의 차단부(122)는 빛을 차단하며, 제1 배리어층(110)의 전기변색소자(113)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
제1 배리어층(110)과 제2 배리어층(120)의 배치관계는 다양하게 배치될 수 있다. 도 12의 실시예는 디스플레이 패널(100) 상부에 제1 배리어층(110)이 배치되고 제1 배리어층 상부(110)에 제2 배리어층(120)이 배치된 것을 나타낸다. 반면에, 도 16의 실시예는 디스플레이 패널(100) 상부에 제2 배리어층(120)이 배치되고, 제2 배리어층(120) 상부에 제1 배리어층(1100이 배치된다.
배리어층(110)이 단일 층으로 형성되어 있는 경우, 협시야각 모드가 원할하게 구동되기 위해서는 배리어층(110)의 개구부(111)가 좁아야 한다. 달리 말하면 전기변색소자(113)와 화소(P)가 중첩되는 영역의 폭인 e가 커야 한다. 따라서, 배리어층(110)이 단일 층으로 형성되어 있는 경우에는, 높은 개구율을 달성하기 어렵다는 단점이 있을 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참고하여 협시야각 동작을 위한 디스플레이 패널(100)과 배리어층의 설계 조건을 설명한다.
도 15는 굴절율이 서로 다른 3개의 매질에서 빛이 진행되는 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 15에서 빛은 제1 굴절율(n1)을 가지는 제1 매질에서 제2 굴절율(n2)을 가지는 제2 매질을 거쳐 제3 굴절율(n3)을 가지는 제3 매질로 진행된다. θ1은 빛이 제1 매질에서 제2 매질로 입사하는 입사각이다. θ2는 제1 매질 및 제2 매질 경계에서의 굴절각이자, 제2 매질에서 제3 매질로 입사하는 입사각이다. θ3은 제2 매질 및 제3 매질 경계에서의 굴절각이다. d1은 전기변색소자(113)와 화소(P)간의 거리이다. d2는 전기변색소자(113)와 차단부(122)간의 거리이다.
굴절율이 서로 다른 매질을 만나 빛이 진행되는 경로는 도 15에 도시된 스넬의 법칙을 따르게 되고, 굴절율과 입사각 및 굴절각의 관계식은 수학식 7과 같다.
Figure pat00008
수학식 7을 x, y에 대한 관계식으로 정리하면 수학식 8, 수학식 9와 같다.
Figure pat00009
Figure pat00010
수학식 8 및 9를 도 14의 광경로 1에 대입하면 다음의 관계식 수학식 10을 얻을 수 있다.
Figure pat00011
협시야각 모드에서는 컷오프 시야각(예를 들면 45도)보다 큰 각도에서는 화소에서 방출되는 광의 경로 1이 보이면 안되므로, 수학식 10은 수학식 11과 같은 조건이 된다.
Figure pat00012
도 14의 광경로 2와 관련하여 공기로 나가는 광은 전반사가 되거나 제1 배리어층(110)에 의해 차단되지 않은 광경로는 제2 배리어층(120)에 의해 차단되어야 한다. 이를 만족하는 값을 수식으로 정리하면 수학식 12 및 수학식 13과 같다.
Figure pat00013
Figure pat00014
도 14의 광경로 3과 관련하여 공기로 나가는 광은 전반사가 되거나 제1 배리어층(110)에 의해 차단되지 않은 광경로는 제2 배리어층(120)에 의해 차단되어야 한다. 이를 만족하는 값을 수식으로 정리하면 수학식 14 및 수학식 15와 같다.
Figure pat00015
Figure pat00016
여기서 n1은 디스플레이 패널(100)의 제1 평탄화층(105)이 굴절률 값이고, nair는 공기의 굴절률 값으로서 1의 값을 가진다.
결과적으로 실시예 4의 표시장치는 협시야각 동작을 위해 수학식 11 내지 수학식 15의 설계 조건을 만족시켜야 한다.
추가로 실시예 4의 표시장치의 휘도 손실을 최소화하기 위해서는 개구율 (OPR)이 최대가 되는 조건으로 설계하는 것이 바람직하다.
Figure pat00017
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 명세서의 기술적 구성은 본 명세서가 속하는 기술 분야의 당업자가 본 명세서의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 명세서의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 디스플레이 패널
120: 제1 배리어층
110: 제2 배리어층
200: 구동부

Claims (10)

  1. 복수의 화소가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 복수의 화소 중 인접한 제1 화소 및 제2 화소가 하나의 그룹 화소를 이루는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되고, 상기 그룹 화소의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키는 개구부와 상기 그룹 화소의 나머지 영역에 위치한 전기변색소자를 갖도록 형성된 배리어층; 및
    상기 디스플레이 패널 및 상기 배리어층에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하는 구동부; 를 포함하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서
    상기 구동부는 상기 광시야각 모드에서,
    상기 디스플레이 패널을 이루는 상기 복수의 화소 모두에 하나의 프레임을 이루는 이미지 신호를 인가하고,
    상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 투과시키도록 동작하는 투과모드 제어신호를 인가하는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 구동부는 상기 협시야각 모드에서,
    상기 복수의 화소 중 상기 제1 화소에는 하나의 프레임을 이루는 이미지 신호를 인가하고, 상기 제2 화소에는 블랙 신호를 인가하고,
    상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 차단하도록 동작하는 차단모드 제어신호를 인가하는 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 개구부가 상기 제1 화소의 상부에 위치하는 표시장치.
  5. 복수의 화소가 매트릭스 형태로 배열된 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되고, 상기 복수의 화소의 일부 영역에 위치하여 빛을 투과시키는 제1 개구부와 상기 복수의 화소의 나머지 영역에 위치한 전기변색소자를 갖도록 형성된 제1 배리어층; 및
    상기 디스플레이 패널 및 상기 배리어층에 인가되는 신호를 제어하여 광시야각 모드 및 협시야각 모드를 선택적으로 구동하는 구동부; 를 포함하는 표시장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 구동부는
    상기 광시야각 모드에서, 상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 투과시키도록 동작하는 투과모드 제어신호를 인가하고,
    상기 협시야각 모드에서, 상기 배리어층에 상기 전기변색소자가 빛을 차단하도록 동작하는 차단모드 제어신호를 인가하는 표시장치.
  7. 제5항에 있어서
    상기 표시장치는
    상기 제1 배리어층 상부에 배치된 제2 배리어층을 더 포함하고,
    상기 제2 배리어층은 상기 제1 개구부에 대응하는 위치에 배치되는 제2 개구부와 상기 전기변색소자에 대응하는 위치에 배치되어 빛을 차단하는 차단부를 포함하는 표시장치.
  8. 제5항에 있어서
    상기 표시장치는
    상기 제1 배리어층 및 상기 디스플레이 패널 사이에 개재된 제2 배리어층을 더 포함하고,
    상기 제2 배리어층은 상기 제1 개구부에 대응하는 위치에 배치되는 제2 개구부와 상기 전기변색소자에 대응하는 위치에 배치되어 빛을 차단하는 차단부를 포함하는 표시장치.
  9. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전기변색소자는 대향 배치된 2개의 투명전극, 전기변색층, 및 이온저장층을 포함하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서
    상기 전기변색층은 산화 또는 환원 반응을 통해 광특성이 변경되는 물질인 것을 특징으로 하는 표시장치.
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