KR20130091608A - 전기 습윤 장치 - Google Patents

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Abstract

전기 습윤 장치를 제공한다. 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 습윤 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 절연층, 상기 하부 기판과 마주보는 상부 기판, 상기 상부 기판 위에 위치하는 제2 전극 그리고 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하는 제1 유체 및 제2 유체를 포함하고, 상기 제1 유체는 용매, 염료 및 산란 증가제(Scattering enhancer)를 포함한다.

Description

전기 습윤 장치{ELECTROWETTING DEVICE}
본 발명은 전기 습윤 장치에 관한 것이다.
최근, 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display)분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비 전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시 장치의 구체적인 예로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display device: FED), 전기 발광 표시 장치(Electro luminescence Display Device: ELD) 및 전기 습윤 표시 장치(Electro-Wetting Display: EWD) 등을 들 수 있다.
이 가운데, 전기 습윤 표시 장치는 전기 습윤(Electrowetting) 현상을 응용하여 정보 신호를 시각적으로 표현한다. 여기서, 전기 습윤 현상이란, 전계에 의해 유체의 계면 장력(interfacial tension)이 변화되어, 유체가 이동(migration) 또는 변형(deformation)되는 현상을 의미한다. 전기 습윤 표시 장치는 화소 내부의 소정 공간에 친수성 유체(hydrophilic liquid)와 소수성 유체(hydrophobic liquid)를 주입하고, 외부로부터 인가된 전압으로 형성된 전계에 의해 친수성 유체의 계면 장력을 변화시켜 소수성 유체를 이동시킴으로써, 화상을 표시하게 된다. 이러한 전기 습윤 표시 장치는 작은 사이즈, 저소비 전력, 빠른 응답 속도, 높은 컬러 휘도(High color brightness)의 유리한 특성을 가지므로, 최근 차세대 평판 표시 장치의 하나로 각광받고 있다.
빛의 투과율을 조절하고, 명암 대비비를 높이기 위해 전기 습윤 표시 장치의 소수성 유체를 형성하는 물질은 광학 밀도가 높아야 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기습윤 표시 장치의 소수성 유체의 광학 밀도를 높이는 전기 습윤 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기 습윤 장치는 서로 마주보는 하부 기판 및 상부 기판, 상기 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 위치하는 절연층, 상기 상부 기판 위에 위치하는 제2 전극 그리고 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하는 제1 유체 및 제2 유체를 포함하고, 상기 제1 유체는 용매, 염료 및 산란 증가제(Scattering enhancer)를 포함한다.
상기 제2 유체는 극성을 가질 수 있다.
상기 제1 유체는 컬러 오일을 포함할 수 있다.
상기 산란 증가제의 입자는 가시광선 파장대의 절반 정도의 범위 내에서 그 크기를 가질 수 있다.,
상기 산란 증가제의 입자 크기는 150nm 내지 400nm일 수 있다.
상기 산란 증가제의 입자 크기는 150nm 내지 400nm 범위 내에서 고르게 분포할 수 있다.
상기 산란 증가제의 표면 장력은 17dyne/cm 내지 35dyne/cm일 수 있다.
상기 제1 유체는 용매와 염료를 포함하는 컬러 오일을 포함하고, 상기 컬러 오일의 용매와 상기 산란 증가제는 표면 장력이 동일할 수 있다.
상기 컬러 오일의 용매와 상기 산란 증가제는 밀도가 동일할 수 있다.
상기 산란 증가제는 유기 물질일 수 있다.
상기 산란 증가제는 실리콘 고무(Silicon rubber), 불화 실리콘 고무(fluorinated silicon rubber), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리스티렌(polystyrene) 중에서 적어도 하나일 수 있다.
상기 산란 증가제는 상기 제1 유체 내에서 분산매 없이 분산될 수 있다.
상기 산란 증가제는 상기 제1 유체 내에서 균일하게 분산될 수 있다.
상기 제1 유체는 용매와 염료를 포함하는 컬러 오일을 포함하고, 상기 컬러 오일에 포함된 용매는 알케인(alkane) 물질일 수 있다.
상기 제1 유체는 용매와 염료를 포함하는 컬러 오일을 포함하고, 상기 컬러 오일에 포함된 염료는 안트라퀴논(anthraquinone)계 염료, 아조(azo)계 염료 및 다이아조(diazo)계 염료 중 적어도 하나일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 한 실시예에 따르면, 소수성 유체에 산란 증가제(Scattering enhancer)를 혼합함으로써 소수성 유체에 포함된 염료의 산란광 및 재산란광에 대한 광흡수율을 높이고, 그에 따라 소수성 유체의 광학 밀도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 습윤 현상을 나타내고, 전기 습윤 표시 장치에 전압을 가하지 않았을 경우를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에서 전압을 가했을 경우에 전기 습윤 현상을 나타낸다.
도 3은 도 1 및 도 2의 실시예에서 산란 증가제를 포함하는 소수성 유체를 나타내는 확대도이다.
첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기습윤 현상을 나타내고, 전기 습윤 표시 장치에 전압을 가하지 않았을 경우를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 하부 기판(110) 위에 제1 전극(120)이 위치하고, 상부 기판(210) 위에 제2 전극(270)이 위치하며, 이들은 서로 마주한다. 하부 기판(110) 및 상부 기판(210)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
제1 전극(120) 및 제2 전극(270)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전성 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
제1 전극(120) 위에는 소수성(hydorphobic)의 절연층(130)이 위치한다.
하부기판(110)과 상부기판(210) 사이에 제1 유체(150)와 제2 유체(170)가 게재되어 있다. 제1 유체(150)는 비 전도성의 비극성 액체이고, 제2 유체(170)는 극성 액체로써 서로 혼합되지 않는다. 제2 유체(170)는 전기 전도성을 가질 수 있다.
제1 유체(150)는 용매와 염료로 구성된 컬러 오일과 산란 증가제(160)을 포함한다. 제1 유체(150)는 특정 색으로 착색된 염료를 포함하거나 검은색일 수 있다. 제2 유체(170)는 미량의 전해질을 첨가한 초순수를 사용할 수 있다. 다시 말해, 컬러 오일은 검정색을 포함하면서 여러 가지 색을 나타낼 수 있다.
컬러 오일에 포함되는 용매는 디케인(decane), 도데칸(dodecane) 또는 테트라데칸(tetradecane) 등과 같은 알케인(alkane) 물질인 것이 바람직하다. 그리고, 컬러 오일에 포함되는 염료는 안트라퀴논(anthraquinone)계 염료, 아조(azo)계 염료, 또는 다이아조(diazo)계 염료이거나 이들이 적어도 2개 이상 혼합된 물질인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 전기 습윤 장치에서 제1 유체(150)는 산란 증가제(160)를 포함한다. 산란 증가제(160)는 제1 유체(150) 내에서 균일하게 분포할 수 있다. 종래의 전기 습윤 장치에서는 제1 유체(150)에 염료를 첨가한 오일의 광학 밀도가 낮아 컬러 구현을 하는데 있어서 색의 선명도가 떨어지는 문제가 있었다. 하지만, 본 실시예에 따르면 산란 증가제(160)에 의해 입사된 광(Light)의 산란, 재산란이 유발되어 제1 유체(150)에 포함된 염료의 광흡수율이 높아지고, 그에 따라 컬러 오일의 광학 밀도가 높아진다.
산란 증가제(160)는 유기 물질로 형성될 수 있고, 제1 유체(150)를 구성하는 용매와 표면 장력 및 밀도가 유사하다. 구체적으로, 산란 증가제(160)는 대략 17dyne/cm 내지 35dyne/cm 범위의 표면 장력을 가질 수 있다. 산란 증가제(160)는 실리콘 고무(Silicon rubber), 불화 실리콘 고무(fluorinated silicon rubber), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리스티렌(polystyrene)이거나 이들이 적어도 2개 혼합된 물질일 수 있다.
하부 기판(110) 및 상부 기판(210) 사이에는 다수의 픽셀을 구분시키는 격벽(140)이 형성되어 있다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 하나의 픽셀만 도시하였다. 격벽(140)은 친수성(hydrophilic)의 특성을 가지는 절연 물질로 형성될 수 있다. 격벽(140)은 제1 유체(150) 및 제2 유체(170)를 수용한다. 격벽(140)은 픽셀간 제1 유체(150)의 이동을 방지한다.
제1 전극(120) 위에 위치하는 절연층(130)이 극성 액체인 제2 유체(170)와 반발하는 소수성의 특징을 가지고 있기 때문에 제2 유체(170)와 소수성의 절연층(130) 사이에 제1 유체(150)가 위치한다. 또한, 격벽(140)이 친수성이기 때문에 제2 유체(170)는 격벽(140)의 표면으로 응집하려는 특성을 가진다. 따라서, 제2 유체(170)가 절연층(130)과 반발하고 격벽(140)에서 응집하려는 특성을 가지고 있고, 제2 유체(170)에 의해 감싸진 제1 유체(150)가 렌즈 형태를 유지할 수 있다.
도 1은 제1 전극(120)과 제2 전극(270)에 전압을 인가하지 않은 경우로, 제1 유체(150)는 약간의 곡률을 가지면서 렌즈 형태를 유지한다. 즉, 전압이 온(On) 상태일 때에는 제1 유체(150)가 격벽(140)에 의해 구획되는 픽셀을 모두 덮고 있기 때문에 입사된 광(Light)은 제1 유체(150)에 대응하는 색의 광으로 투과된다. 제1 유체(150)가 검은색을 띠는 경우 블랙 상태를 나타낸다.
도 2는 도 1의 실시예에서 전압을 가했을 경우에 전기 습윤 현상을 나타낸다.
도 2를 참고하면, 제1 전극(120)과 제2 전극(270)에 전압을 인가하면 제2 유체(170)가 절연층(130)의 일부와 접촉하도록 배치되어, 제1 유체(150)가 제2 유체(170)에 밀려 격벽(140)에 결집된다. 이에 따라, 외부에서 입사되어 제1 기판(110), 제1 전극(120) 및 절연층(130)을 통과하는 광(Light)은 제1 유체(150)를 통과하지 못하기 때문에 제1 유체(150)에 대응되는 색의 광이 발생하지 않는다.
이처럼, 전계의 인가에 따라 유도되는 제1 유체(150)의 이동 또는 변형에 의해 제1 유체(150)는 입사되는 광(Light)을 차단 또는 개방하는 셔터로서 기능할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따라 제1 유체(150)가 산란 증가제를 포함하는 경우 광학 밀도가 증가하는 현상에 대해 도 3을 참고하여 설명하기로 한다.
도 3은 도 1 및 도 2의 실시예에서 산란 증가제를 포함하는 소수성 유체를 나타내는 확대도이다.
도 3을 참고하면, 소수성 유체에 해당하는 제1 유체(150)은 산란 증가제(160)를 포함한다.
산란 증가제는 확산판과 같은 역할을 하여 색깔을 좀 더 진하게 보이게 한다. 구체적으로, 산란 증가제(160)는 입사되는 광의 산란 및 산란광에 의한 재산란을 유발한다. 산란된 광은 염료에 노출되는 빈도가 높아지므로 컬러 오일에 포함된 염료의 산란광 및 재산란광에 대한 광흡수율이 높아지고, 그에 따라 컬러 오일의 광학 밀도가 증가한다.
입자 산란(Particle Scattering) 이론 관점에서 산란광은 입자 크기의 두 배가 되는 파장에서 산란이 최대가 되므로 본 실시예에 따른 산란 증가제(160) 입자의 크기는 가시광선 파장의 절반이 되는 대략 150nm 내지 400nm인 것이 바람직하다.
또한, 산란 증가제(160) 입자의 크기는 특정 크기를 가지기 보다는 150nm 내지 400nm의 범위에서 전체적으로 고루 분포하는 것이 바람직하다.
산란 증가제(160)는 컬러 오일의 특성을 저하시키지 않기 위해 분산매 없이 제1 유체(150) 내에서 분산되어 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 분산매가 들어가면 전하(Charge)를 띄게 되므로 전압이 가해진 상태에서 컬러 오일은 모여 있지 못하고 다시 퍼질 수 있기 때문이다.
분산매 없이 산란 증가제(160)를 분산하기 위해 산란 증가제(160)는 컬러 오일 또는 용매의 표면 장력 및 밀도가 유사한 고분자 물질인 것이 바람직하다. 구체적으로, 산란 증가제(160)는 대략 17dyne/cm 내지 35dyne/cm 범위의 표면 장력을 가질 수 있다. 그리고, 산란 증가제(160)는 실리콘 고무(Silicon rubber), 불화 실리콘 고무(fluorinated silicon rubber), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리스티렌(polystyrene)이거나 이들이 적어도 2개 혼합된 물질일 수 있다. 산란 증가제(160)는 투명할 수 있다.
지금까지 설명한 본 실시예에 따른 전기 습윤 장치는 액체 렌즈, 마이크로 펌프, 디스플레이 장치, 광학 장치, 미세전자기계시스템(Micro Electro Mechanical Systems; MEMS) 분야 등에 다양하게 적용될 수 있다.
특히, 디스플레이 장치에 적용하는 경우에는 외부로부터 입사된 광을 반사하여 화소 개구부를 통해 방출하는 반사형(Reflective) 전기 습윤 표시 장치와, 전기 습윤 표시 패널 하부에 배치된 백라이트유닛에서 발생된 광을 투과하여 화소 개구부를 통해 방출하는 투과형(Transmissive) 전기습윤표시장치로 구분될 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.
110 하부 기판 120 제1 전극
130 절연층 140 격벽
150 제1 유체 160 산란 증가제
170 제2 유체 210 상부 기판
270 제2 전극

Claims (15)

  1. 서로 마주보는 하부 기판 및 상부 기판,
    상기 하부 기판 위에 위치하는 제1 전극,
    상기 제1 전극 위에 위치하는 절연층,
    상기 상부 기판 위에 위치하는 제2 전극 그리고
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 위치하는 제1 유체 및 제2 유체를 포함하고,
    상기 제1 유체는 용매, 염료 및 산란 증가제(Scattering enhancer)를 포함하는 전기 습윤 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 유체는 극성을 갖는 전기 습윤 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 유체는 컬러 오일을 포함하는 전기 습윤 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 산란 증가제의 입자는 가시광선 파장대의 절반 정도의 범위 내에서 그 크기를 갖는 전기 습윤 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 산란 증가제의 입자 크기는 150nm 내지 400nm인 전기 습윤 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 산란 증가제의 입자 크기는 150nm 내지 400nm 범위 내에서 고르게 분포하는 전기 습윤 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 산란 증가제의 표면 장력은 17dyne/cm 내지 35dyne/cm인 전기 습윤 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 유체는 용매와 염료를 포함하는 컬러 오일을 포함하고,
    상기 컬러 오일의 용매와 상기 산란 증가제는 표면 장력이 동일한 전기 습윤 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 컬러 오일의 용매와 상기 산란 증가제는 밀도가 동일한 전기 습윤 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 산란 증가제는 유기 물질인 전기 습윤 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 산란 증가제는 실리콘 고무(Silicon rubber), 불화 실리콘 고무(fluorinated silicon rubber), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 및 폴리스티렌(polystyrene) 중에서 적어도 하나인 전기 습윤 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 산란 증가제는 상기 제1 유체 내에서 분산매 없이 분산되어 있는 전기 습윤 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 산란 증가제는 상기 제1 유체 내에서 균일하게 분산되어 있는 전기 습윤 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 제1 유체는 용매와 염료를 포함하는 컬러 오일을 포함하고,
    상기 컬러 오일에 포함된 용매는 알케인(alkane) 물질인 전기 습윤 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 유체는 용매와 염료를 포함하는 컬러 오일을 포함하고,
    상기 컬러 오일에 포함된 염료는 안트라퀴논(anthraquinone)계 염료, 아조(azo)계 염료 및 다이아조(diazo)계 염료 중 적어도 하나인 전기 습윤 장치.
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