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KR101199601B1 - 광결정성을 이용한 표시 방법 및 장치 - Google Patents

광결정성을 이용한 표시 방법 및 장치 Download PDF

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KR101199601B1
KR101199601B1 KR1020100112954A KR20100112954A KR101199601B1 KR 101199601 B1 KR101199601 B1 KR 101199601B1 KR 1020100112954 A KR1020100112954 A KR 1020100112954A KR 20100112954 A KR20100112954 A KR 20100112954A KR 101199601 B1 KR101199601 B1 KR 101199601B1
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polarization
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고다현
김광수
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주식회사 나노브릭
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Abstract

광결정성을 이용하는 표시 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 방법은, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 용매 내에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

광결정성을 이용한 표시 방법 및 장치{DISPLAY METHOD AND DEVICE USING PHOTONIC CRYSTAL CHARACTERISTICS}
본 발명은 광결정성을 이용한 표시 방법 및 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전하를 갖는 복수의 입자가 전기 분극 특성을 갖는 용매에 분산된 상태에서 혹은 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 입자가 용매에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하고, 이에 따라 상기 입자로부터 반사되는 광의 파장을 제어하는 광결정성을 이용한 표시 방법 및 표시 장치에 관한 것이다.
최근 차세대 디스플레이에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지면서 다양한 디스플레이 수단이 소개되고 있다. 차세대 디스플레이의 대표적인 예로서 전자 잉크(electronic-ink)를 들 수 있다. 전자 잉크는 각각 음전하 및 양전하를 갖는 특정 색(예를 들면, 각각 검은색 및 흰색)의 입자를 포함하는 캡슐에 전기장을 인가하여 상기 특정 색을 표현하는 디스플레이로서, 전력 소모를 줄이고 플렉서블(flexible) 디스플레이를 가능하게 하는 장점이 있다. 다만, 전자 잉크에 의할 경우, 입자의 색이 특정 색으로 고정되어 있기 때문에 다양한 색을 표현하기 어렵다는 한계가 있고, 디스플레이 전환 속도가 느려 동영상을 표현하기에 적합하지 않다는 한계가 있다.
위와 같은 종래의 차세대 디스플레이의 문제점을 근본적으로 해결하기 위하여 다양한 방법이 제안되어 왔으며, 그 중에서 광결정(photonic crystal)의 원리를 이용하는 방법을 생각해 볼 수 있다.
광결정이란 입사되는 광 중 특정한 파장의 광만을 반사하고 나머지 파장의 광은 통과시킴으로써 특정한 파장에 해당하는 색을 띠는 성질을 갖는 물질 혹은 결정을 의미하는데, 광결정의 대표적인 예로는 나비의 날개, 딱정벌레의 등껍질 등이 있다. 이들은 색소를 포함하고 있지는 않지만 특유의 광결정 구조를 포함하고 있기 때문에 특유의 색을 낼 수 있다.
최근 광결정에 관한 연구에 따르면, 자연계에 존재하는 기존의 광결정의 경우에 특정 파장의 광만을 반사하던 것에 비하여, 소정의 물질을 포함하여 인공적으로 합성된 광결정의 경우에는 다양한 외부 자극에 의하여 광결정의 결정 구조(예를 들면, 광결정을 구성하는 층간 두께)를 임의로 변화시킬 수 있고 그 결과 가시광선 영역뿐만 아니라 자외선 또는 적외선 영역까지 반사되는 광의 파장을 자유롭게 조절할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
이에 본 발명자는 전하를 갖거나 전기 분극 특성을 갖는 입자 및 용매에 전기장을 인가하여 입자 사이의 간격을 제어함으로써 임의의 파장의 광을 반사하는 광결정성을 이용한 표시 방법 및 표시 장치를 구현할 수 있을 것이라는 점을 착안하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명은, 전하를 갖거나 전기 분극 특성을 갖는 입자 또는 및 전기 분극 특성을 갖는 용매에 전기장을 인가하여 입자 사이의 간격을 제어함으로써 입자로부터 반사되는 광의 파장을 제어할 수 있는 광결정성을 이용한 표시 방법 및 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전하를 갖거나 전기 분극 특성을 갖는 입자 또는 전기 분극 특성을 갖는 용매에 인가되는 전기장의 세기, 방향 및 인가 시간을 조절함으로써 입자로부터 반사되는 광의 파장을 제어할 수 있는 광결정성을 이용한 표시 방법 및 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 캡슐(capsule), 셀(cell), 분할 전극 등의 구조를 이용하여 입자 사이의 간격을 독립적으로 제어할 수 있는 광결정성을 이용한 표시 방법 및 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 방법은, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 용매 내에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 방법은, 동일한 부호의 전하를 갖고 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 복수의 입자가 용매 내에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기장이 인가됨에 따라, 상기 전기장과 상기 복수의 입자 사이에 발생되어 상기 복수의 입자에 대한 전기 영동의 원인이 되는 전기적 힘, 상기 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 사이에 발생되는 전기적 힘 및 상기 전기 분극에 의하여 발생되는 전기적 힘이 상호작용하여 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지되고, 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지됨에 따라 상기 입자로부터 특정 파장 범위의 광이 반사될 수 있다.
상기 전기장의 세기 또는 방향 중 적어도 어느 하나의 변화에 따라 상기 입자 사이의 간격이 변하고, 상기 간격의 변화에 따라 상기 입자로부터 반사되는 광의 파장이 변할 수 있다.
상기 입자는 그 자체로 전하를 갖거나, 상기 입자의 성질이 변화되어 전하를 갖게 될 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 초상유전성(superparaelectric) 또는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 및 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 입자 및 용매는 콜로이드 용액을 이루고, 상기 콜로이드 용액의 계면동전위(electrokinetic potential)의 절대값이 10mV 이상일 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매의 비중 차이는 5 이하일 수 있다.
상기 입자와 상기 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다.
상기 입자와 상기 용매의 유전율 차이는 3 이상일 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 분극 지수(Polarity index)가 1 이상인 물질을 포함할 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매는 광투과성 물질의 캡슐(capsule)에 의하여 캡슐화될 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매는 절연 물질의 셀(cell)에 의하여 구획화될 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매는 광 투과성 매질 내에 산재될 수 있다.
상기 전기장이 인가되는 영역을 적어도 두 개의 부분 영역으로 구분하고, 상기 구분된 적어도 두 개의 부분 영역에 대하여 각각 전기장을 인가할 수 있다.
상기 입자 또는 상기 용매에 상기 전기장을 인가한 후에 상기 전기장과 반대 방향의 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 초기화(reset)할 수 있다.
상기 전기장을 인가하기 전에 상기 입자 사이의 간격을 기설정된 간격으로 유지하기 위하여 대기(standby) 전기장을 인가할 수 있다.
상기 전기장이 인가되는 세기, 시간 및 주기 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 입자 사이의 간격을 제어할 수 있다.
상기 복수의 입자를 통과하는 광을 이용하여 전기 에너지를 발생시키고, 상기 전기 에너지를 이용하여 상기 전기장을 인가할 수 있다.
상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고, 상기 전기장의 세기를 기설정된 값 미만으로 설정하여 상기 입자의 이동 범위를 기설정된 값 미만으로 제어함으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 할 수 있다.
상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고, 상기 전기장의 세기를 기설정된 값 이상으로 설정하여 상기 입자를 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 한 전극의 적어도 일부 영역으로 이동시킴으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 할 수 있다.
음전하를 갖는 제1 입자와 양전하를 갖는 제2 입자가 상기 용매 내에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 상기 제1 입자 사이의 간격 및 상기 제2 입자 사이의 간격을 제어하고, 상기 제1 입자 사이의 간격 및 상기 제2 입자 사이의 간격은 상기 전기장에 의하여 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 입자 또는 상기 용매는 형광 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 방법은, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 용매 내에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하되, 상기 전기장을 인가하기 전에 상기 입자 사이의 간격을 기설정된 간격으로 유지하기 위하여 대기(standby) 전기장을 인가하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 장치는, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 및 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 용매를 포함하는 표시부, 및 상기 표시부에 인가되는 전기장을 발생시키는 전기장 발생부를 포함하고, 상기 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매 내에 분산된 상태에서 상기 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 장치는, 동일한 부호의 전하를 갖고 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 복수의 입자 및 용매를 포함하는 표시부, 및 상기 표시부에 인가되는 전기장을 발생시키는 전기장 발생부를 포함하고, 상기 동일한 부호의 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 복수의 입자가 상기 용매 내에 분산된 상태에서 상기 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기장이 인가됨에 따라, 상기 전기장과 상기 복수의 입자 사이에 발생되어 상기 복수의 입자에 대한 전기 영동의 원인이 되는 전기적 힘, 상기 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 사이에 발생되는 전기적 힘 및 상기 전기 분극에 의하여 발생되는 전기적 힘이 상호작용하여 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지되고, 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지됨에 따라 상기 입자로부터 특정 파장 범위의 광이 반사될 수 있다.
상기 전기장의 세기 또는 방향 중 적어도 어느 하나의 변화에 따라 상기 입자 사이의 간격이 변하고, 상기 간격의 변화에 따라 상기 입자로부터 반사되는 광의 파장이 변할 수 있다.
상기 입자는 그 자체로 전하를 갖거나, 상기 입자의 성질이 변화되어 전하를 갖게 될 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 또는 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 초상유전성(superparaelectric) 또는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 및 상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 입자 및 용매는 콜로이드 용액을 이루고, 상기 콜로이드 용액의 계면동전위(electrokinetic potential)의 절대값이 10mV 이상일 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매의 비중 차이는 5 이하일 수 있다.
상기 입자와 상기 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다.
상기 입자와 상기 용매의 유전율 차이는 3 이상일 수 있다.
상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 분극 지수가 1 이상인 물질을 포함할 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매는 광투과성 물질의 캡슐(capsule)에 의하여 캡슐화될 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매는 절연 물질의 셀(cell)에 의하여 구획화될 수 있다.
상기 입자 및 상기 용매는 광 투과성 매질 내에 산재될 수 있다.
상기 전기장 발생부는, 적어도 두 개의 부분 영역으로 구분되고, 상기 구분된 적어도 두 개의 부분 영역을 통하여 각각 전기장이 인가될 수 있다.
상기 입자 또는 상기 용매에 상기 전기장을 인가한 후에 상기 전기장과 반대 방향의 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 초기화(reset)하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 전기장을 인가하기 전에 상기 입자 사이의 간격을 기설정된 간격으로 유지하기 위하여 대기(standby) 전기장을 인가하도록 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 전기장이 인가되는 세기, 시간 및 주기 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 입자를 통과하는 광을 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 태앙 전지부를 더 포함하고, 상기 전기 에너지를 이용하여 상기 전기장을 인가할 수 있다.
상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고, 상기 전기장의 세기를 기설정된 값 미만으로 설정하여 상기 입자의 이동 범위를 기설정된 값 미만으로 제어함으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 할 수 있다.
상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고, 상기 전기장의 세기를 기설정된 값 이상으로 설정하여 상기 입자를 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 한 전극의 적어도 일부 영역으로 이동시킴으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 또는 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 할 수 있다.
상기 표시부는 음전하를 갖는 제1 입자와 양전하를 갖는 제2 입자를 포함하고, 상기 제1 입자 사이의 간격 및 상기 제2 입자 사이의 간격은 상기 전기장에 의하여 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 입자 또는 상기 용매는 형광 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 광결정성을 이용한 표시 장치는, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 및 용매를 포함하는 표시부, 및 상기 표시부에 인가되는 전기장을 발생시키는 전기장 발생부를 포함하고, 상기 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 상기 용매 내에 분산된 상태에서 상기 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 제어하되, 상기 전기장을 인가하기 전에 상기 입자 사이의 간격을 기설정된 간격으로 유지하기 위하여 대기(standby) 전기장을 인가하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 입자로부터 반사되는 광의 파장을 제어함으로써 풀 컬러(full color) 구조색을 구현할 수 있게 되는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 입자 사이의 간격을 신속하고 정확하게 제어할 수 있으므로, 응답 속도를 향상시키고 잔상(殘像)을 억제할 수 있게 되는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 입자 사이의 간격을 독립적으로 제어할 수 있으므로, 보다 정밀하고 독립적인 디스플레이를 가능하게 하고 유지 및 보수를 용이하게 하는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 플렉서블 디스플레이가 가능하기 때문에, 디스플레이 장치의 사용, 운반 및 보관을 용이하게 하는 효과가 달성된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 입자의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장이 인가됨에 따라 입자 또는 용매가 분극되는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분자의 비대칭적 배치에 의한 단위 분극 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 상유전체, 강유전체 및 초상유전체의 이력 곡선을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매에 포함될 수 있는 페로브스카이트 구조 갖는 물질을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 입자 사이의 간격을 제어하는 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 입자 사이의 간격을 제어하는 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 전극으로 이루어진 전기장 발생부를 포함하는 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 포함되는 입자 및 용매를 복수의 캡슐로 캡슐화하는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 포함되는 입자 및 용매를 매질 내에 산재시키는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 포함되는 입자 및 용매를 복수의 셀로 구획화하는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 인가되는 전압의 패턴을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양 전지부를 포함하는 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장 발생부를 이루는 전극을 패터닝하는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 흑색 또는 백색을 디스플레이하는 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 전하를 갖는 입자를 전기 분극 특성을 갖는 용매에 분산시킨 상태에서 전기장을 인가하는 실험을 수행한 결과 입자로부터 반사되는 광의 파장을 그래프로서 나타내는 도면이다.
도 26 및 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따라 전하를 갖는 입자를 서로 다른 분극 지수를 갖는 다양한 용매에 분산시킨 상태에서 전기장을 인가하는 실험을 수행한 결과 입자로부터 반사되는 광의 파장을 그래프로서 나타내는 도면이다.
도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 관찰각에 따른 디스플레이 성능을 실험한 결과를 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
표시 장치의 구성
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 전하를 갖는 복수의 입자가 전기 분극(polarization) 특성을 갖는 용매 내에 분산된 상태 혹은 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 복수의 입자가 용매에 분산된 상태에서 전기장을 인가하여 입자 사이의 간격을 제어함으로써 광결정(photonic crystal) 특성을 이용하여 풀 컬러(full color)의 디스플레이를 구현할 수 있는 것을 주요한 기술적 특징으로 한다.
[전하를 갖는 입자]
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 입자의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자(110)는 음전하 또는 양전하를 갖는 입자로서 콜로이드 용매(120)에 분산되어 존재할 수 있다. 이때, 입자(110)는 동일한 부호의 전하로 인한 상호간의 척력으로 인하여 서로간에 소정의 간격을 두고 배열되어 있을 수 있다. 입자(110)의 직경은 수 nm 내지 수백 μm일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자(110)는, 도 2의 (a)와 같이 이종의 물질로 코어-셀(core-shell)(112) 형태로 구성될 수 있고, 도 2 (b)와 같이 이종의 물질로 멀티-코어(multi-core)(114) 형태로 구성될 수 있고, 도 2의 (c)와 같이 복수의 나노 입자로 이루어진 클러스터(116)로 구성될 수 있으며, 일정한 전하를 가지는 전하층(118)이 이들 입자를 감싸는 구조로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자(110)는 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리부덴(Mo) 등의 원소나 이들의 산화물을 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 PS(polystyrene), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinyl chloride), PET(polyethylen terephthalate) 등의 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자는 전하를 갖지 않는 입자 혹은 클러스터(cluster)에 전하를 갖는 물질이 코팅된 형태로서 구성될 수도 있는데, 예를 들면, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 카르복실산(carboxylic acid)기, 에스테르(ester)기, 아실(acyl)기를 가지는 유기 화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 할로겐(F, Cl, Br, I 등) 원소를 포함하는 착화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 아민(amine), 티올(thiol), 포스핀(phosphine)을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 표면에 라디칼을 형성함으로써 전하를 갖는 입자가 이에 해당될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자가 후술할 용매 내에서 침전되지 않고 안정한 콜로이드 상태를 유지하도록 하고 광결정성을 효과적으로 나타내기 위하여, 입자와 용매로 이루어진 콜로이드 용액의 계면동전위(electrokinetic potential)(즉, 제타 전위)의 값이 기설정된 값 이상으로 높을 수 있고, 입자와 용매의 비중 차이가 기설정된 값 이하일 수 있으며, 용매와 입자의 굴절률 차이가 기설정된 값 이상일 수 있다. 예를 들면, 콜로이드 용액의 계면동전위의 절대값은 10mV 이상일 수 있고, 입자와 용매의 비중 차이는 5 이하일 수 있으며, 입자와 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상일 수 있다.
[전기 분극 특성]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표시 장치에 포함되는 입자 또는 용매는 전기 분극(electrical polarization) 특성을 가질 수 있는데, 이러한 입자 또는 용매는 외부 전기장이 인가됨에 따라 전자 분극, 이온 분극, 계면 분극 및 회전 분극 중 어느 하나에 의하여 분극되는 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장이 인가됨에 따라 입자 또는 용매가 분극되는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에 입자 또는 용매가 전기적 평형 상태를 유지하지만, 외부 전기장이 인가되는 경우에는 입자 또는 용매 내의 전자가 소정 방향으로 이동함에 따라 입자가 분극될 수 있다. 도 3의 (c) 및 (d)를 참조하면, 외부 전기장이 인가되지 않은 경우에 입자 또는 용매를 구성하는 전기적으로 비대칭적인 구성요소에 의하여 생성된 단위 분극(unit polarization)에 의하여 각 입자가 무질서하게 배열되지만, 외부에서 전기장이 인가되는 경우에는 단위 분극을 갖는 입자 또는 용매가 외부 전기장의 방향에 따라 소정의 방향으로 재배열될 수 있으며 이에 따라 전체적으로 상당히 큰 전기 분극값(polarization value)을 나타낼 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단위 분극은 이온의 비대칭적 배치나 분자의 비대칭적 구조에서 발생할 수 있으며, 이러한 단위 분극으로 인하여 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에도 미세한 잔류 분극값(remnant polarization value)이 나타날 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 분자의 비대칭적 배치에 의한 단위 분극 특성을 예시적으로 나타내는 도면이다. 보다 구체적으로, 도 4는 물 분자(H2O)의 경우를 예시적으로 나타낸 것으로, 물 분자 외에 Trichloroethylene, Carbon Tetrachloride, Di-Iso-Propyl Ether, Toluene, Methyl-t-Bytyl Ether, Xylene, Benzene, DiEthyl Ether, Dichloromethane, 1,2-Dichloroethane, Butyl Acetate, Iso-Propanol, n-Butanol, Tetrahydrofuran, n-Propanol, Chloroform, Ethyl Acetate, 2-Butanone, Dioxane, Acetone, Metanol, Ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid, Dimethylformamide, Dimethyl Sulfoxide 등은 분자 구조의 비대칭성에 의해 단위 분극 특성이 나타낼 수 있으므로 본 발명에 따른 입자 또는 용매를 구성하는 물질로서 채용될 수 있을 것이다. 참고로, 물질의 분극 특성을 비교하기 위하여 사용되는 분극 지수(polarity index)는, 물(H2O)의 분극 특성을 9로 설정할 때 해당 물질의 상대적인 분극 정도를 나타내는 지표이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매는, 외부 전기장이 인가됨에 따라 분극량이 증가하고 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에도 잔류 분극량이 크게 나타나며 이력(hysteresis)이 남는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있고, 외부 전기장이 인가됨에 따라 분극량이 증가하고 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 분극량이 나타나지 않으며 이력(hysteresis)이 남지 않는 초상유전성(superparaelectric) 물질을 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 상유전성 물질(510), 강유전성 물질(520) 및 초상유전성 물질(530)의 외부 전기장에 따른 이력 곡선을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있는데, ABO3와 같은 페로브스카이트 구조를 갖는 물질로는 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, SrTiO3 BaTiO3, (Ba, Sr)TiO3, CaTiO3, LiNbO3 등을 예로 들 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 또는 용매에 포함될 수 있는 페로브스카이트 구조 갖는 물질을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, PbZrO3(또는 PbTiO3)에 인가되는 외부 전기장의 방향에 따라 PbZrO3(또는 PbTiO3) 내에서의 Zr(또는 Ti)(즉, ABO3 구조에서의 B)의 위치가 변동될 수 있으며 이로 인하여 PbZrO3(또는 PbTiO3) 전체의 극성이 바뀔 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용매는 분극 지수(polarity index)가 1 이상인 물질을 포함할 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 입자 및 용매의 구성이 반드시 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 즉 전기장에 의하여 입자 사이의 간격이 제어될 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
[표시 장치의 동작 원리 및 구성]
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 전기 분극 특성을 갖는 용매에 분산된 상태에서 입자 및 용매에 전기장이 인가되는 경우, 입자가 갖는 전하로 인하여 복수의 입자에는 전기장의 세기와 입자의 전하량에 비례하는 전기적 인력이 작용하게 되고 이에 따라 복수의 입자는 전기영동(electrophoresis)되어 소정 방향으로 이동하면서 입자 사이의 간격이 좁아지게 되며, 이와 반대로 입자 사이의 간격이 좁아짐에 따라 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 사이에서 발생하는 전기적 척력은 증가하게 되므로 입자 사이의 간격이 계속하여 좁아지지는 않고 소정의 균형을 이루게 된다. 한편, 용매가 갖는 전기 분극 특성으로 인하여 용매가 소정의 방향으로 분극되고 이에 따라 전기적 인력이 국부적으로 발생하게 되어 분극된 용매와 전기적으로 상호 작용하는 복수의 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 유지될 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 외부 전기장으로 인한 전기적 인력, 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 입자 사이의 전기적 척력 및 분극으로 인한 전기적 인력이 평형(equilibrium)을 이루는 거리를 두고 복수의 입자가 규칙적으로 배열될 수 있게 된다. 위와 같은 원리에 따라, 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 제어될 수 있으며, 소정의 간격을 두고 배열된 복수의 입자는 광결정으로서의 기능을 할 수 있게 된다. 규칙적으로 배열된 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장은 입자 사이의 간격에 의해 결정되기 때문에, 입자 사이의 간격을 제어함에 따라 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장을 임의로 제어할 수 있게 되는 것이다. 여기서, 반사되는 광의 파장의 패턴은 전기장의 세기 및 방향, 입자의 크기 및 질량, 입자 및 용매의 굴절률, 입자의 전하량, 용매의 전기 분극 특성, 용매 내의 분산된 입자의 농도 등의 요인에 의하여 다양하게 나타날 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 입자 사이의 간격을 제어하는 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, (a) 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에는 전하를 갖는 입자(720) 주변의 단위 분극된 용매(710)는 입자의 전하와 상호작용하여 입자 방향으로 강하게 배열되고, 점차 입자에서 거리가 멀어짐에 따라 단위 분극된 용매(710)가 점차 무질서하게 배열되는 것을 나타낸다. 또한, 도 7을 참조하면, (b) 외부 전기장이 인가되는 경우에는 입자(720)의 영향력이 미치지 않는 영역(즉, 입자(720)로부터 멀리 떨어진 영역)에 위치하는 단위 분극된 용매(710)는 전기장의 방향으로 재배열되지만, 입자(720) 영향력이 미치는 영역(즉, 입자(720) 주변 영역)에 위치하는 단위 분극된 용매(710)는 비대칭적인 배열을 나타내게 되고, 이와 같이 입자(720)를 둘러싸는 용매(710)가 비대칭적으로 배열된 분극 영역(730)은 마치 전기 분극된 하나의 커다란 입자처럼 작용하여 다른 분극 영역과 상호작용을 하게 되며, 이로써 전하를 갖는 입자가 소정의 간격을 유지한 채 규칙적으로 배열될 수 있게 된다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 동일한 부호의 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 복수의 입자가 용매 내에 분산된 상태에서 입자 및 용매에 전기장이 인가되는 경우, 입자가 갖는 전하로 인하여 복수의 입자에는 전기장의 세기와 입자의 전하량에 비례하는 전기적 인력이 작용하게 되고 이에 따라 복수의 입자는 전기영동(electrophoresis)되어 소정 방향으로 이동하면서 입자 사이의 간격이 좁아지게 되며, 이와 반대로 입자 사이의 간격이 좁아짐에 따라 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 사이에서 발생하는 전기적 척력은 증가하게 되므로 입자 사이의 간격이 계속하여 좁아지지는 않고 소정의 균형을 이루게 된다. 한편, 입자가 갖는 전기 분극 특성으로 인하여 복수의 입자가 소정의 방향으로 분극되고 이와 같이 분극된 복수의 입자 사이에는 전기적 인력이 국부적으로 발생하게 되어 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 유지될 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 외부 전기장으로 인한 전기적 인력, 서로 동일한 부호의 전하를 갖는 입자 사이의 전기적 척력 및 분극으로 인한 전기적 인력이 평형(equilibrium)을 이루는 거리를 두고 복수의 입자가 규칙적으로 배열될 수 있게 된다. 위와 같은 원리에 따라, 입자 사이의 간격이 소정의 간격으로 제어될 수 있으며, 소정의 간격을 두고 배열된 복수의 입자는 광결정으로서의 기능을 할 수 있게 된다. 규칙적으로 배열된 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장은 입자 사이의 간격에 의해 결정되기 때문에, 입자 사이의 간격을 제어함에 따라 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장을 임의로 제어할 수 있게 되는 것이다. 여기서, 반사되는 광의 파장의 패턴은 전기장의 세기 및 방향, 입자의 크기 및 질량, 입자 및 용매의 굴절률, 입자의 전하량, 입자의 전기 분극 특성, 용매 내의 분산된 입자의 농도 등의 요인에 의하여 다양하게 나타날 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 입자 사이의 간격을 제어하는 구성을 개념적으로 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, (a) 외부 전기장이 인가되지 않는 경우에는 입자(810)이 분극되지 않지만, (b) 외부 전기장이 인가되는 경우에는 입자(810) 내에 포함되는 전기 분극 특성의 물질에 의하여 입자(810)가 분극될 수 있으며 이로써 입자(810)가 소정의 간격을 유지한 채 규칙적으로 배열될 수 있도록 한다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 있어서, 용매 또는 입자의 전기 분극값이 클수록 분극 영역(730) 또는 입자(810) 사이의 상호작용의 정도를 증가시킬 수 있으며 이에 따라 입자가 보다 규칙적으로 배열되도록 할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(900)는 표시부(910) 및 전기장 발생부(920)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 표시부(910)에는 동일한 부호의 전하를 갖고 전기 분극 특성을 갖는 복수의 입자(912)가 용매(914) 내에 분산된 채 포함될 수 있으며, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 표시부(910)에는 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자(912)가 전기 분극 특성을 갖는 용매(914) 내에 분산된 채 포함될 수 있다. 한편, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 표시 장치의 구성을 개념적으로 나타내면 각각 도 10 및 도 11과 같다. 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 대하여는 이미 도 7 및 도 8을 참조하여 충분히 자세하게 설명하였으므로 도 10 및 도 11에 대한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 표시부(910)는 인가되는 전기장의 세기 및 방향에 따라 임의의 파장의 광(즉, 가시광선 영역에서 볼 때 풀 컬러의 광)을 반사시키는 기능을 수행하는데, 이는 앞서 살펴본 원리에 의해 표시부(910)에 인가되는 전기장의 세기 및 방향에 따라 입자(912) 사이의 간격이 제어됨으로써 이루어질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기장 발생부(920)는 표시부(910)에 대하여 소정의 세기 및 방향의 전기장을 인가하는 기능을 수행하며, 전기장 발생부(920)를 통하여 인가되는 전기장의 세기 및 방향은 표시부(910)로부터 반사되기를 원하는 광의 파장에 맞추어 적절하게 제어될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 전극으로 이루어진 전기장 발생부를 포함하는 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 발생부(1222, 1224, 1226, 1228)는 표시부(1210)에 포함되는 입자(1212) 사이의 간격을 보다 정확하고 독립적으로 제어하기 위하여, 표시부(1210)의 일부 영역에 대하여만 독립적으로 전기장을 인가할 수 있는 복수의 전극(1222, 1224, 1226, 1228)으로 구성될 수 있으며, 이러한 복수의 전극(1222, 1224, 1226, 1228)은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)와 같은 미세 구동 회로에 의하여 개별적으로 제어될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기장 발생부(1222, 1224, 1226, 1228)는 표시부(1210)로부터 방출되는 광의 진행을 방해하지 않기 위하여, 광 투과성 물질로 구성될 수 있으며, 예를 들면 광 투과성 전극 재료인 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 산화티타늄(TiO2), 탄소나노튜브 및 기타 전기 전도성 폴리머 필름 등으로 구성될 수 있다.
계속하여, 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 발생부(1222, 1224, 1226, 1228)는 제1 전극(1222), 제2 전극(1224), 제3 전극(1226) 및 제4 전극(1228)을 포함할 수 있다. 먼저, 전압이 인가되지 않는 제1 전극(1222)에 의하여 커버되는 공간에는 전기장이 인가되지 않기 때문에 제1 전극(1222)에 의하여 커버되는 공간에 위치하는 입자(1212)는 불규칙하게 배열되어 있을 수 있다. 따라서, 제1 전극(322)에 의하여 제어되는 표시부(1210)는 별다른 색을 나타내지 않을 수 있다. 다음으로, 서로 다른 레벨의 전압이 인가되는 제2 전극(1224), 제3 전극(1226) 및 제4 전극(1228)에 의하여 커버되는 공간에는 각각 해당 전압에 상응하는 전기장이 인가되기 때문에, 전기장으로 인한 전기력 인력(즉, 전기영동의 원인이 되는 힘), 동일한 부호의 전하를 갖는 입자(1212) 사이의 전기적 척력 및 입자(1212) 또는 용매(1214)의 분극으로 인한 전기적 인력이 평형을 이루면서 제2 전극(1224), 제3 전극(1226) 및 제4 전극(1228)에 의하여 커버되는 공간에 위치하는 입자(1212)는 각각 소정의 간격을 유지한 채 규칙적으로 배열될 수 있으며, 이에 따라 제2 전극(1224), 제3 전극(1226) 및 제4 전극(1228)에 의하여 제어되는 표시부(1210)는 해당 영역에 따라 서로 다른 파장의 광을 반사할 수 있게 된다. 예를 들면, 제4 전극(1228)에 인가되는 전압이 제3 전극(1226)에 인가되는 전압보다 큰 경우를 가정할 수 있는데, 이러한 경우 제4 전극(1228)에 의하여 커버되는 공간에 위치하는 입자(1212) 사이의 간격은 제3 전극(1226) 사이에 위치하는 콜로이드 입자(1212) 사이의 간격보다 더 좁아질 수 있으며, 이에 따라 제4 전극(1228)에 의하여 제어되는 표시부(1210)는 제3 전극(1226)에 의하여 제어되는 표시부(1210)보다 더 짧은 파장의 광을 반사할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(미도시됨)의 표시부는 서로 다른 전하를 갖는 입자, 즉, 음전하를 갖는 입자 및 양전하를 갖는 입자를 모두 포함할 수도 있으며, 표시부에 전기장이 인가됨에 따라 음전하를 갖는 입자 및 양전하를 갖는 입자는 각각 반대 방향으로 이동하여 규칙적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 전기장 인가부의 상부 전극이 양극이고 하부 전극이 음극인 경우, 음전하를 갖는 입자는 상부 전극 방향으로 이동하여 배열되고 양전하를 갖는 입자는 하부 전극 방향으로 이동하여 배열될 수 있을 것이다. 이러한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 양면 모두에서 임의의 파장의 광을 반사시킬 수 있게 되며, 이에 따라 양면 디스플레이를 구현할 수 있다. 나아가, 음전하를 갖는 입자와 양전하를 갖는 입자의 전하량이 서로 다른 경우에는, 전기장을 인가함에 따라 음전하를 갖는 입자 사이의 간격과 양전하를 갖는 입자 사이의 간격이 서로 다르게 될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 양면에서 서로 다른 파장의 광을 반사시킬 수 있게 되며, 이에 따라 양면이 서로 독립적으로 제어되는 디스플레이를 구현할 수도 있게 된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 포함되는 입자 및 용매를 복수의 캡슐로 캡슐화하는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1300)에 포함되는 입자(1312) 및 용매(1314)를 광투과성 물질로 이루어진 복수의 캡슐(1312, 1324, 1326, 1328)로 캡슐화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(1312) 및 용매(1314)를 캡슐화함으로써 서로 다른 캡슐에 포함되는 입자(1312) 및 용매(1314) 사이에 혼입 등의 직접적인 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 전하를 갖는 입자의 전기수력학적(ElectroHydroDynamic, EHD) 움직임으로 인하여 입자의 배열 상태가 불균일하게 나타나는 것을 방지할 수 있으며, 입자 및 용매의 밀봉(sealing)을 용이하게 하여 표시 장치의 필름 형태로의 가공성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 표시 장치(1300)에 포함되는 입자 사이의 간격을 각 캡슐마다 독립적으로 제어할 수 있다.
계속하여, 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1300)는 4 개의 캡슐(1312, 1324, 1326, 1328)을 포함할 수 있고, 제1 캡슐(1312), 제2 캡슐(1324), 제3 캡슐(1326) 및 제4 캡슐(1328) 부분에 위치하는 전극(1332, 1334, 1336, 1338)에는 각각 제1 전압, 제2 전압, 제3 전압 및 제4 전압이 인가될 수 있으며, 이에 따라 서로 다른 세기 및 다른 방향의 전기장이 인가되는 각 캡슐은 서로 다른 파장의 광을 반사하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1300)에 의하면, 각 캡슐 별로 서로 독립적인 디스플레이를 구현할 수 있게 된다.
한편, 도 13에 도시된 것과는 달리, 전극과 캡슐이 서로 일대일로 대응되어 배치되어 있지 않고 전극이 커버하는 영역이 캡슐보다 작거나 하나의 캡슐이 두 개 이상의 전극에 의하여 커버되고 있는 경우라고 할지라도, 전극 패턴에 따라 표시부의 임의의 영역에 대하여 얼마든지 독립적인 디스플레이를 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따라, 캡슐을 커버하고 있는 복수의 전극 중 어느 하나에 의하여 캡슐 내의 특정 영역에 대해 전기장이 인가되는 경우, 상기 특정 영역에 존재하는 입자 또는 용매만이 전기장에 반응하고 나머지 영역에 존재하는 입자 또는 용매는 전기장에 반응하지 않게 되므로, 특정 파장의 광이 반사되는 영역(즉, 디스플레이 영역)은 전극 패턴에 의하여 결정될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 포함되는 입자 및 용매를 매질 내에 산재시키는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1400)에 포함되는 입자 및 용매는 광투과성 물질로 이루어진 매질(1430) 내에 산재될 수 있다. 보다 구체적으로는, 전기장 등의 외부 자극에 대하여 유동적이지 않은 광 투과성 물질(1430) 내에 소정 양의 입자 및 용매를 물방울(Droplet) 형태로 산재하여 분포시킴으로써 표시 장치(1400)에 포함되는 입자를 부분적으로 격리시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광투과성 매질(1430) 내에 입자가 분산된 용매를 산재하여 분포시킴으로써 서로 다른 영역에 포함되는 입자 또는 용매 사이에 혼입 등의 직접적인 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 표시 장치(1400)에 포함되는 입자 사이의 간격을 보다 독립적으로 제어할 수 있다.
계속하여, 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1400)는 매질(1430) 내에 포함되는 복수의 영역(1412, 1414)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전압이 인가되는 제1 전극(1442) 사이에 위치하는 제1 영역(1410)에 포함되는 입자 사이의 간격과 제2 전압이 인가되는 제2 전극(1444) 사이에 위치하는 제2 영역(1420)에 포함되는 입자 사이의 간격은 서로 독립적으로 제어될 수 있으며, 이에 따라 제1 영역(1410)과 제2 영역(1420)은 서로 다른 파장의 광을 반사할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(800)에 의하면, 각 영역 별로 서로 독립적인 디스플레이를 구현할 수 있게 된다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 포함되는 입자 및 용매를 복수의 셀로 구획화하는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1500)에 포함되는 입자(1512) 및 용매(1514)는 절연체로 이루어진 격벽 등으로 격리되어 복수의 셀(1532, 1534, 1536, 1538)로 구획화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(1512) 및 용매(1514)를 구획화함으로써 서로 다른 셀에 포함되는 입자(1512) 및 용매(1514) 사이에 혼입 등의 직접적인 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 표시 장치(1500)에 포함되는 입자 사이의 간격을 각 셀마다 독립적으로 제어할 수 있고, 전하를 갖는 입자의 전기수력학적(ElectroHydroDynamic, EHD) 움직임으로 인하여 입자의 배열 상태가 불균일하게 나타나는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 15에 도시된 것과는 달리, 전극과 셀이 서로 일대일로 대응되어 배치되어 있지 않고 전극이 커버하는 영역이 셀보다 작거나 하나의 셀이 두 개 이상의 전극에 의하여 커버되고 있는 경우라고 할지라도, 전극 패턴에 따라 표시부의 임의의 영역에 대하여 얼마든지 독립적인 디스플레이를 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따라, 셀을 커버하고 있는 복수의 전극 중 어느 하나에 의하여 셀 내의 특정 영역에 대해 전기장이 인가되는 경우, 상기 특정 영역에 존재하는 입자 또는 용매만이 전기장에 반응하고 나머지 영역에 존재하는 입자 또는 용매는 전기장에 반응하지 않게 되므로, 특정 파장의 광이 반사되는 영역(즉, 디스플레이 영역)은 전극 패턴에 의하여 결정될 수 있다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 입자 및 용매를 캡슐화거나 매질 내에 산재시키거나 또는 구획화하는 경우, 각 캡슐, 각 영역 또는 각 셀 별로 입자의 간격을 독립적으로 제어할 수 있게 되어 보다 정밀한 디스플레이를 가능하게 할 수 있고, 표시 장치의 유지 및 보수를 용이하게 하는 효과가 달성된다.
도 16 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따라 표시 장치에 인가되는 전압의 패턴을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 입자 및 용매에 대하여 서로 다른 세기 및 다른 방향의 전기장을 순차적으로 인가하여 연속적인 디스플레이를 구현함에 있어서, 입자 사이의 간격을 초기화하는 기능을 수행하는 제어부(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는, 입자 및 용매에 전기장을 인가하는 전기장 발생부에 제1 전압 및 제2 전압을 순차적으로 인가함에 있어서, 제1 전압을 인가한 후 제2 전압을 인가하기 전에 입자 및 용매에 대하여 제1 전압과 반대 방향의 초기화(reset) 전압을 인가함으로써 제1 전압에 의하여 소정의 간격으로 배열되었던 입자 사이의 간격을 초기의 상태로 되돌리는 기능을 수행한다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 잔상(殘像)을 억제할 수 있게 되는 등 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
다음으로, 도 17을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 입자 및 용매에 대하여 서로 다른 세기 및 다른 방향의 전기장을 순차적으로 인가하여 연속적인 디스플레이를 구현함에 있어서, 미리 입자 사이의 간격을 소정의 간격으로 유지시키는 기능을 수행하는 제어부(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는 입자 및 용매에 전기장을 인가하는 전기장 발생부에 제1 전압 및 제2 전압을 순차적으로 인가함에 있어서, 미리 대기(standby) 전압을 인가해 놓은 상태에서 제1 전기장과 제2 전압을 인가함으로써 입자 사이의 간격이 원하는 간격으로 신속하게 제어될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 응답 속도 높이고 화면 전환을 빠르게 하는 등 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
다음으로, 도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 입자 및 용매에 대하여 서로 다른 세기 및 다른 방향의 전기장을 순차적으로 인가하여 연속적인 디스플레이를 구현함에 있어서, 전기장의 세기 및 인가 시간 등에 있어서 다양한 패턴의 전기장이 인가되도록 하는 기능을 수행하는 제어부(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는, 입자 및 용매에 전기장을 인가하는 전기장 발생부에 전압을 인가함에 있어서, (a) 소정의 전압으로 전압의 레벨을 높이거나 낮출 수 있고, (b) 임의로 전압의 인가 시간 또는 주기를 늘이거나 줄일 수 있으며, (c) 불연속적인 펄스 전압을 반복적으로 인가함으로써 전압이 연속적으로 인가된 경우와 같은 효과를 거둘 수 있다. 이로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 다양한 패턴의 디스플레이를 가능하게 하고 전력 소모를 줄이는 등 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
다만, 본 발명에 따른 전기장 인가 패턴이 반드시 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 즉 전기장에 의하여 입자 사이의 간격이 제어될 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양 전지부를 포함하는 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1900)는 표시 장치(1900)를 통과하는 광을 이용하여 기전력을 발생시키는 기능을 수행하는 태양 전지부(1930)을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지부(1930)에 의하여 발생된 기전력은 전기장 발생부(1920)에 인가되는 전압을 발생시키는 데에 사용될 수 있으며, 이로써 표시 장치(1900)는 외부의 전원 공급에 의존하지 않고도 광결정성 디스플레이를 구현할 수 있게 된다. 다만, 본 발명에 따른 표시 장치와 태양 전지부와의 조합이 반드시 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 태양 전지부에 의하여 발생된 기전력은 표시 장치를 구동하는 것 이외의 다른 용도로도 사용될 수 있을 것이다.
한편, 도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따라 전기장 발생부를 이루는 전극을 패터닝하는 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 발생부의 하부 전극(2025)[또는 상부 전극(2020)) 상에 격자 형태의 절연층(2030)이 형성될 수 있으며, 이에 따라 하부 전극(2025)(또는 상부 전극(2020)]이 일정한 간격으로 패터닝될 수 있게 된다.
도 20에 도시된 표시 장치에 따르면, 전극의 패터닝 간격을 수 um 내지 수백 um 정도로 구현함으로써 전하를 갖는 입자의 전기수력학적(ElectroHydroDynamic, EHD) 움직임으로 인하여 입자의 배열 상태가 불균일하게 나타나는 것을 방지할 수 있게 되며 이에 따라 균일한 디스플레이를 구현할 수 있게 된다. 특히, 많은 시간과 비용이 요구되는 캡슐화나 셀 구획화 등의 복잡한 공정을 거치지 않고도 전기수력학적 움직임에 의한 입자의 쏠림 현상을 효과적으로 방지할 수 있게 되는 효과가 달성된다.
다음으로, 도 21을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 발생부의 하부 전극(또는 상부 전극)은 두 개의 전극[제1 전극(2120) 및 제2 전극(2125)]으로 나뉘어 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 22를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 발생부의 하부 전극(또는 상부 전극)을 구성하는 제1 전극(2220) 및 제2 전극(2225)은 서로 엇갈리는 톱니 형상으로 패터닝될 수 있을 것이다.
도 21 및 도 22에 도시된 표시 장치에 따르면, 한 쪽 기판에만 전극을 구현해도 되기 때문에 원가절감 측면에서 유리할 수 있고, 전기장이 인가됨에 따라 입자가 이동하는 거리를 줄임으로써 표시 장치의 동작 속도를 빠르게 할 수 있게 되는 효과가 달성된다.
다만, 본 발명에 따른 전극 패턴이 반드시 상기 열거한 것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서, 즉 전기장에 의하여 입자 사이의 간격이 제어될 수 있는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라 흑색 또는 백색을 디스플레이하는 표시 장치의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
광결정성을 이용한 표시 장치는 입사되는 광 중 특정 파장의 광을 선택적으로 반사시키는 원리에 의하여 동작하기 때문에, 광결정성을 이용한 표시 장치를 이용하여 완전한 흑색 또는 백색의 디스플레이를 구현하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
도 23을 참조하면, 표시부(2310)에는 흑색의 입자(2312)가 포함될 수 있으며, 전기장 인가부는 투명한 상부 전극(2320) 및 백색의 제1 및 제2 하부 전극(2322, 2324)으로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, (a) 표시부(2310)에 인가되는 전기장의 세기가 기설정된 값 미만이거나 전기장이 인가되지 않는 경우에는 입자(2312)는 광결정을 이루지 못하고 자신의 고유한 컬러인 흑색을 반사시킬 수 있게 되며 표시부(2310)는 흑색을 디스플레이하게 된다. 다음으로, (b) 표시부(2310)에 적절한 세기의 전기장이 인가되는 경우에는 광결정을 이루는 입자(2312)로부터 원하는 파장의 광이 반사될 수 있다. 다음으로, (c) 표시부(2310)에 기 설정된 값 이상으로 전기장을 인가한 경우에는 입자(2312) 사이의 간격이 적절한 간격으로 유지되지 못하고 한 곳으로 쏠릴 수 있는데, 예를 들어 제1 하부 전극(2322) 부분에만 기설정된 값 이상의 전기장이 인가되면 표시부(2310)에 포함되는 모든 입자(2312)는 광결정을 이루지 못하고 제1 하부 전극(2322)에 의하여 커버되는 좁은 영역으로 쏠리게 된다. 이에 따라, 제2 하부 전극(2324)은 자신의 고유한 컬러인 백색을 반사시킬 수 있게 되며 표시부(2310)는 백색을 디스플레이하게 된다.
다만, 도 23의 실시예에 있어서 입자 및 전극의 컬러를 흑색 및 백색으로 특정하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 표시 장치에 적용될 수 있는 입자 및 전극의 컬러는 얼마든지 변경될 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(미도시됨)는 표시부 및 전기장 발생부를 포함할 수 있고, 표시부에는 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 임의의 용매 내에 분산된 채 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 입자에 전기장이 인가되는 경우, 각 입자가 갖는 전하로 인하여 입자에는 소정의 방향의 전기적 인력이 작용하게 되고 이에 따라 한 쪽으로 치우쳐진 입자 사이의 간격이 좁아지게 됨과 동시에, 동일한 부호의 전하를 갖는 입자 사이에는 전기적 척력이 작용하게 된다. 따라서, 전기장으로 인한 전기적 인력과 동일한 부호의 전하를 갖는 입자 사이의 전기적 척력의 상대적인 세기에 따라 입자 사이의 간격이 결정될 수 있으며, 이에 따라 소정의 간격을 두고 배열된 복수의 입자는 광결정의 기능을 할 수 있게 된다. 즉, 규칙적으로 배열된 복수의 입자로부터 반사되는 광의 파장은 입자 사이의 거리에 의해 결정되기 때문에, 입자 사이의 거리를 제어함에 따라 입자로부터 반사되는 광의 파장이 변경될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는, 입자에 대하여 서로 다른 세기 및 다른 방향의 전기장을 순차적으로 인가하여 연속적인 디스플레이를 구현함에 있어서, 미리 입자 사이의 간격을 소정의 간격으로 유지시키는 기능을 수행하는 제어부(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제어부는, 입자에 대하여 전기장을 인가하는 전기장 발생부에 대하여 제1 전압 및 제2 전압을 순차적으로 인가함에 있어서, 미리 오프셋(offset) 전압을 인가해 놓은 상태에서 제1 전기장과 제2 전압을 인가함으로써 입자 사이의 간격이 원하는 간격으로 신속하게 제어될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 이로써, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 응답 속도 높이고 화면 전환을 빠르게 하는 등 디스플레이 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
실험 결과
먼저, 도 24 및 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 전하를 갖는 입자를 전기 분극 특성을 갖는 용매에 분산시킨 상태에서 전기장을 인가하는 실험을 수행한 결과 입자로부터 반사되는 광의 파장을 그래프로서 나타내는 도면이다. 참고로, 도 24 및 도 25의 실험에 있어서, 전하를 갖는 입자로서 음전하로 대전되고 실리콘 산화막이 코팅된 100 nm 내지 200 nm 크기의 입자가 사용되었고, 전기 분극 특성을 갖는 용매로서는 분극 지수가 1보다 큰 용매가 사용되었으며, 입자 및 용매에 대하여 전기장을 인가하기 위하여 인가된 전압의 세기는 0V 내지 5V의 범위 내에서 다양하게 설정되었다. 한편, 도 24 및 도 25에 도시된 그래프는 다양한 세기의 전기장이 인가되는 경우에 입자로부터 반사되는 광의 반사도를 가시광선 대역에서 나타낸 것으로서, 전기장의 세기의 변화에 따른 반사광의 파장 패턴의 변화 정도가 클수록 입자 사이의 간격이 크게 변화한다는 것을 의미하며, 이는 곧 전기장의 세기를 제어함으로써 입자로부터 보다 다양한 파장의 광을 반사시킬 수 있다는 것을 의미한다.
도 24를 참조하면, 인가되는 전기장의 세기(즉, 전압의 세기)에 따라 입자로부터 반사되는 광의 파장이 다양하게 변화하는 것을 확인할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 인가되는 전기장의 세기(즉, 전압의 세기)가 증가할수록 입자로부터 반사되는 광의 파장이 짧아지는 것을 확인할 수 있다. 도 24의 실험 결과에 따르면, 인가되는 전기장을 세기(즉, 전압의 세기)가 증가할수록 입자로부터 반사되는 광의 컬러가 붉은색 계열에서 푸른색 계열로 변화된다는 것을 알 수 있는데, 도 25를 참조하면, 위와 같은 반사광의 컬러의 변화는 통하여 시각적으로 확인할 수 있다.
다음으로, 도 26 및 도 27은 본 발명의 일 실시예에 따라 전하를 갖는 입자를 서로 다른 분극 지수를 갖는 다양한 용매에 분산시킨 상태에서 전기장을 인가하는 실험을 수행한 결과 입자로부터 반사되는 광의 파장을 그래프로서 나타내는 도면이다. 참고로, 도 26 및 도 27의 실험에 있어서, 입자로는 음전하로 대전되고 실리콘 산화막이 코팅된 100 nm 내지 200 nm 크기의 입자가 사용되었고, 전기 분극 특성을 갖는 용매로서는 분극 지수가 각각 0, 2, 4 및 5인 용매가 사용되었다. 보다 구체적으로, 도 26의 그래프 (a), (b), (c) 및 (d)는 분극 지수가 각각 0, 2, 4 및 5인 용매에 대하여 수행한 실험 결과를 나타내고, 도 27의 그래프 (a), (b), (c) 및 (d)는 분극 지수가 0인 용매와 분극 지수가 4인 용매를 각각 90:10, 75:25, 50:50 및 0:100의 비율로 혼합한 용매에 대한 실험 결과를 나타낸다. 한편, 도 26 및 도 27에 도시된 그래프는 다양한 세기의 전기장이 인가되는 경우에 입자로부터 반사되는 광의 반사도를 가시광선 대역에서 나타낸 것으로서, 전기장의 세기의 변화에 따른 반사광의 파장 패턴의 변화 정도가 클수록 입자 사이의 간격이 크게 변화한다는 것을 의미하며, 이는 곧 전기장의 세기를 제어함으로써 입자로부터 보다 다양한 파장의 광을 반사시킬 수 있다는 것을 의미한다.
도 26을 참조하면, 분극 지수가 0인 용매에 대한 실험 결과를 나타내는 그래프 (a)에서는 전기장의 세기(즉, 전압의 세기)가 변화하여도 반사광의 파장이 거의 변화하지 않는 것을 확인할 수 있으며, 분극 지수가 높아질수록(즉, 그래프 (a)에서 (d)로 갈수록) 전기장의 세기(즉, 전압의 세기)에 따른 반사광의 파장 패턴의 변화가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 27을 참조하면, 분극 지수가 높은 용매의 비율이 증가할수록(즉, 그래프 (a)에서 (d)로 갈수록) 전기장의 세기(즉, 전압의 세기)에 따른 반사광의 파장 패턴의 변화가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 살펴본 실험 결과에 비추어 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 의하면, 입자의 전하량 또는 분극량, 용매의 분극량 또는 인가되는 전기장의 세기를 적절히 조절함으로써 임의의 파장의 광을 반사할 수 있는 광결정을 구현할 수 있게 되며 이에 따라 풀 컬러의 디스플레이 구현할 수 있게 된다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 관찰각에 따른 디스플레이 성능을 실험한 결과를 나타내는 도면이다.
도 28을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대한 관찰각이 20°에서 70°까지 변화하더라도 반사되는 광의 컬러 패턴(2810)에 거의 변화가 없음을 확인할 수 있다. 종래의 광결정성 표시 장치에 의하면 관찰각에 따라 컬러 패턴의 변화가 크게 나타나지만, 본 발명에 따른 표시 장치에 의하면, 관찰각에 따른 컬러 패턴의 변화가 거의 없음을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 표시 장치에 의해 형성되는 광결정은 단거리 질서(short range order)를 갖는 광결정이기 때문인데, 이에 따라 본 발명에 따른 표시 장치의 디스플레이 성능은 장거리 질서(long range order)를 갖는 광결정을 형성할 뿐인 종래의 표시 장치와 대비할 때 디스플레이 성능이 월등히 향상될 수 있게 된다.
이상의 실시예에 있어서, 광결정성을 이용한 표시 장치에 초점을 맞추어 기술하였으나, 본 발명의 구성은 색 가변 유리, 색 가변 벽지, 색 가변 태양전지, 색 가변 센서, 색 가변 종이, 색 가변 잉크, 위조방지 태그 등 다양한 분야에 응용될 수도 있다. 예를 들어, 본 개념을 이용하여 검출 대상이 되는 화학 반응으로부터 얻어지는 화학적 신호를 전기적 신호로 변화시켜 임의의 색상으로 디스플레이함으로써 고가의 측정 장비 없이 검출이 가능한 휴대용 바이오 센서를 제작할 수 있으며, 본 발명의 표시 장치에 사용되는 용매로서 빛, 열, 압력 등에 의해 상변화 될 수 있는 물질 등을 사용하면 임의의 컬러를 안정적이고도 고정적으로 반사하는 전자 종이, 전자 잉크 등을 구현할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 표시 장치에 포함되는 입자 또는 용매에 형광 물질 혹은 양자점(Quantum Dot: QD) 같은 물질을 포함시킴으로써 밝은 환경에서는 광결정을 이용한 디스플레이를 구현하고 어두운 환경 혹은 자외선 환경에서는 형광 혹은 양자점을 이용한 디스플레이를 구현할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110: 입자
112: 코어셀
114: 멀티코어
116: 클러스터
118: 전하층
120: 용매
510: 상유전체
520: 강유전체
530: 초상유전체
710: 용매
720: 입자
730: 분극 영역
810: 입자
900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1900, 2000, 2100, 2200, 2300: 표시 장치
910, 1010, 1110: 표시부
912, 1012, 1112: 입자
914, 1014, 1114: 용매
920, 1020, 1120: 전기장 발생부
1210: 표시부
1212: 입자
1214: 용매
1222, 1224, 1226, 1228: 전기장 발생부
1312: 입자
1314: 용매
1312, 1324, 1326, 1328: 전기장 발생부
1332, 1334, 1336, 1338: 제1 내지 제4 캡슐
1410, 1420: 제1 및 제2 영역
1412, 1422: 입자
1414, 1424: 용매
1430: 매질
1442, 1444: 전기장 발생부
1410: 입자
1420: 용매
1430: 매질
1510: 표시부
1512: 입자
1514: 용매
1522, 1524, 1526, 1528: 전기장 발생부
1532, 1534, 1536, 1538: 제1 내지 제4 셀
1910: 표시부
1912: 입자
1914: 용매
1920: 전기장 발생부
1930: 태양 전지부
2010: 표시부
2020, 2025: 전기장 발생부
2030: 절연층
2110: 표시부
2120, 2125: 전기장 발생부
2220, 2225: 전기장 발생부
2310: 표시부
2312: 입자
2314: 용매
2320: 상부 전극
2322: 제1 하부 전극
2324: 제2 하부 전극

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  53. 광결정성(photonic crystal characteristics)을 이용한 표시 방법으로서,
    동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자가 용매 내에 분산되고,
    상기 입자 및 용매 중 적어도 하나는 전기 분극(electric polarization) 특성━전기장이 인가되면 전기 분극이 유발되며 인가된 전기장이 변화함에 따라 전기 분극량이 변화됨━을 가지며,
    전기장을 인가하여 상기 입자 및 용매 중 적어도 하나가 전기 분극된 상태에서 상기 입자 사이의 간격을 제어하되,
    상기 전기장의 세기 또는 방향 중 적어도 어느 하나의 변화에 따라 상기 입자 사이의 간격이 변하고, 상기 간격의 변화에 따라 상기 입자로부터 반사되는 광의 파장이 변하며,
    상기 전기장이 인가되었을 때, 상기 입자들은 상기 용매 내에서 3차원적으로 단거리 배열(3D Short Range Ordering)되는 것 - 최근접 입자 사이의 간격이 상기 전기장에 의하여 규칙적으로 제어됨 - 을 특징으로 하는 표시 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장이 인가됨에 따라, 상기 전기장과 상기 복수의 입자 사이에 발생되어 상기 복수의 입자에 대한 전기 영동의 원인이 되는 제 1 전기적 힘, 상기 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 간에 발생되는 제 2 전기적 힘 및 상기 전기 분극에 의하여 발생되는 제 3 전기적 힘이 상호작용하여 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지되고, 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지됨에 따라 상기 입자로부터 특정 파장 범위의 광이 반사되는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  55. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 및 용매 중 적어도 하나는 초상유전성(superparaelectric) 또는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  56. 제 53 항에 있어서,
    상기 입자와 상기 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상인 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  57. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 분극 지수가 1 이상인 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  58. 제 53 항에 있어서,
    상기 입자 및 용매는 광투과성 물질의 캡슐(capsule)에 의하여 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  59. 제 53 항에 있어서,
    상기 입자 및 상기 용매는 절연 물질의 격벽(bank)에 의하여 구획화되는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  60. 제 53 항에 있어서,
    상기 입자 및 상기 용매는 광 투과성 매질 내에 산재되는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  61. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장이 인가되는 영역을 적어도 두 개의 부분 영역으로 구분하고,
    상기 구분된 적어도 두 개의 부분 영역에 대하여 각각 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  62. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장을 인가한 후에 상기 전기장과 반대 방향의 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 초기화(reset)하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  63. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장을 인가하기 전에 상기 입자 사이의 간격을 기설정된 간격으로 유지하기 위하여 대기(standby) 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  64. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장이 인가되는 시간 및 주기 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  65. 제 53 항에 있어서,
    상기 복수의 입자를 통과하는 광을 이용하여 전기 에너지를 발생시키고,
    상기 전기 에너지를 이용하여 상기 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  66. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고,
    상기 전기장의 세기를 기설정된 값 미만으로 설정하여 상기 입자의 이동 범위를 기설정된 값 미만으로 제어함으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  67. 제 53 항에 있어서,
    상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고,
    상기 전기장의 세기를 기설정된 값 이상으로 설정하여 상기 입자를 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나의 전극의 적어도 일부 영역으로 이동시킴으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  68. 제 53 항에 있어서,
    상기 동일한 부호의 전하를 갖는 제 1 입자들과 반대되는 부호의 전하를 갖는 제 2 입자들이 상기 용매 내에 더 분산되어 있으며,
    상기 제 1 입자 사이의 간격 및 상기 제 2 입자 사이의 간격은 상기 전기장에 의하여 서로 상이하게 제어되는 것을 특징으로 하는 표시 방법.
  69. 광결정성을 이용한 표시 장치로서,
    용매 및 상기 용매 내에 분산되어 있는 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자를 포함하는 표시부로서, 상기 입자 및 용매 중 적어도 하나는 전기 분극 특성━전기장이 인가되면 전기 분극이 유발되며 인가된 전기장이 변화함에 따라 전기 분극량이 변화됨━을 갖는 표시부와,
    상기 표시부에 인가되는 전기장을 발생시키는 전기장 발생부를 포함하며,
    상기 표시부에 전기장을 인가하여 상기 입자 및 용매 중 적어도 하나가 전기 분극된 상태에서 상기 입자 사이의 간격을 제어하며,
    상기 전기장의 세기 또는 방향 중 적어도 어느 하나의 변화에 따라 상기 입자 사이의 간격이 변하고, 상기 간격의 변화에 따라 상기 입자로부터 반사되는 광의 파장이 변하며,
    상기 전기장이 인가되었을 때, 상기 입자들은 상기 용매 내에서 3차원적으로 단거리 배열되는 것 - 최근접 입자 사이의 간격이 상기 전기장에 의하여 규칙적으로 제어됨 - 을 특징으로 하는 표시 장치.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기장이 인가됨에 따라, 상기 전기장과 상기 복수의 입자 사이에 발생되어 상기 복수의 입자에 대한 전기 영동의 원인이 되는 제 1 전기적 힘, 상기 동일한 부호의 전하를 갖는 복수의 입자 간에 발생되는 제 2 전기적 힘 및 상기 전기 분극에 의하여 발생되는 제 3 전기적 힘이 상호작용하여 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지되고, 상기 입자 사이의 간격이 특정 범위 내에서 유지됨에 따라 상기 입자로부터 특정 파장 범위의 광이 반사되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  71. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기 분극 특성을 갖는 입자 및 용매 중 적어도 하나는 초상유전성 물질 또는 강유전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  72. 제 69 항에 있어서,
    상기 입자와 상기 용매의 굴절률 차이는 0.3 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  73. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기 분극 특성을 갖는 용매는 분극 지수가 1 이상인 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  74. 제 69 항에 있어서,
    상기 입자 및 용매는 광투과성 물질의 캡슐에 의하여 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  75. 제 69 항에 있어서,
    상기 입자 및 용매는 절연 물질의 격벽에 의하여 구획화되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  76. 제 69 항에 있어서,
    상기 입자 및 상기 용매는 광 투과성 매질 내에 산재되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  77. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기장이 인가되는 영역을 적어도 두 개의 부분 영역으로 구분하고,
    상기 구분된 적어도 두 개의 부분 영역에 대하여 각각 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  78. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기장을 인가한 후에 상기 전기장과 반대 방향의 전기장을 인가하여 상기 입자 사이의 간격을 초기화하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  79. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기장을 인가하기 전에 상기 입자 사이의 간격을 기설정된 간격으로 유지하기 위하여 대기 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  80. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기장이 인가되는 시간 및 주기 중 적어도 하나를 조절함으로써 상기 입자 사이의 간격을 제어하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  81. 제 69 항에 있어서,
    상기 복수의 입자를 통과하는 광을 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 태양 전지부를 더 포함하고,
    상기 전기 에너지를 이용하여 상기 전기장을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  82. 제 69 항에 있어서,
    상기 전기장은 상부 전극 및 하부 전극을 통하여 인가되고,
    상기 전기장의 세기를 기설정된 값 이상으로 설정하여 상기 입자를 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나의 전극의 적어도 일부 영역으로 이동시킴으로써, 상기 입자, 상기 용매, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 어느 하나의 고유한 컬러가 표시되도록 하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  83. 삭제
  84. 제 69 항에 있어서,
    상기 동일한 부호의 전하를 갖는 제 1 입자들과 반대되는 부호의 전하를 갖는 제 2 입자들이 상기 용매 내에 더 분산되어 있으며,
    상기 제 1 입자 사이의 간격 및 상기 제 2 입자 사이의 간격은 상기 전기장에 의하여 서로 상이하게 제어되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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