반사형 디스플레이 및 이러한 디스플레이를 제조하는 방법(Reflective display and method for manufacturing such a display)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2014년11월19일
(11) 등록번호 10-1462461
(24) 등록일자 2014년11월11일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G02F 1/167 (2006.01) G02B 5/04 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2009-7023145
(22) 출원일자(국제) 2008년04월02일
심사청구일자 2013년03월29일
(85) 번역문제출일자 2009년11월05일
(65) 공개번호 10-2009-0130103
(43) 공개일자 2009년12월17일
(86) 국제출원번호 PCT/IB2008/051235
(87) 국제공개번호 WO 2008/122927
국제공개일자 2008년10월16일
(30) 우선권주장
07105833.3 2007년04월06일
유럽특허청(EPO)(EP)
(56) 선행기술조사문헌
US06819471 B2*
US20060262376 A1*
WO2003056876 A2*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
코닌클리케 필립스 엔.브이.
네덜란드, 아인트호벤 5656 에이이, 하이 테크 캠
퍼스 5
(72) 발명자
반 아베렌, 프랑크, 에이.
네덜란드 엔엘-5656 아에 아인드호펜 하이 테크
캠퍼스 빌딩 44 내
헨젠, 알렉산더, 브이.
네덜란드 엔엘-5656 아에 아인드호펜 하이 테크
캠퍼스 빌딩 44 내
(74) 대리인
장훈
전체 청구항 수 : 총 18 항 심사관 : 정구웅
(54) 발명의 명칭 반사형 디스플레이 및 이러한 디스플레이를 제조하는 방법
(57) 요 약
본 발명은 기판(4) 및 반사층(3)을 포함하는 반사형 디스플레이(1)에 관한 것이며, 반사층(3)은 예를 들면 기판
(4)을 통과하는 입사광(12)을 반사하도록 구성된 전기영동 부유 상태의 마이크로캡슐들(2)을 포함하고, 기판(4)
은 반사벽들(8)을 가진 복수의 깔때기형 돌출부들(7)을 형성하도록 구성되고, 돌출부들은 반사층쪽으로 향한 상
단부(72)와 반사층의 반대쪽으로 향하는 기저 단부(71)로 배향된다. 이러한 설계에 따라, 상당히 큰 반사각들로
반사되는 광은 돌출부 벽들(8)에 의한 하나 이상의 반사들을 경험할 것이다. 각각의 반사에서, 기판을 통해 이동
하는 광(11)의 전파각은 반사층(3)의 법선과 벽(8) 사이의 각도 α의 2배만큼 감소된다.
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1462461
- 1 -
특허청구의 범위
청구항 1
뷰잉 사이드를 갖는 반사형 디스플레이로서, 상기 뷰잉 사이드로부터 투명 기판 및 반사층을 연속으로
포함하는, 상기 반사형 디스플레이에 있어서,
상기 기판은 복수의 깔때기형 돌출부들(funnel-shaped protrusions)을 포함하고, 각각의 돌출부는 상기 기판을
향하는 기저부 표면 영역을 가지는 기저 단부, 상기 기판의 반대쪽인 상기 반사층을 향하는 상부 표면 영역을
가지는 상단부, 및 상기 기저 단부 및 상기 상단부를 접속하는 하나 이상의 측벽부들을 포함하고, 상기 기저부
표면 영역은 상기 상부 표면 영역보다 크고, 상기 측벽부들은 상기 돌출부를 통해 투과되는 광을 반사시키도록
구성되고, 상기 반사층은 내부에 분산된 산란 입자들을 가진 매체를 포함하고, 디스플레이 기술은 상기 입자들
의 이동에 기초하는 것을 특징으로 하는, 반사형 디스플레이.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 기저부 표면 영역과 상기 상부 표면 영역의 비는 0.7ns
2
와 1.5ns
2
사이에 있고, 여기서 ns는 상기 기판의 굴
절률인, 반사형 디스플레이.
청구항 3
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제 1 돌출부들의 제 1 기저부 표면 영역은 제 2 돌출부의 제 2 기저부 표면 영역과 측면을 공유하고, 상기 제 1
및 제 2 돌출부들은 이웃하는 돌출부들인, 반사형 디스플레이.
청구항 4
제 3 항에 있어서,
기저부 표면 영역은 직사각형, 삼각형, 또는 육각형의 형상을 가지는, 반사형 디스플레이.
청구항 5
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 측벽부들은 평평한, 반사형 디스플레이.
청구항 6
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 반사층은 램버튼 반사(Lambertian reflection)에 의해 광을 산란시키도록 구성되는, 반사형 디스플레이.
청구항 7
삭제
청구항 8
제 1 항에 있어서,
상기 매체의 굴절률(nf)은 1.1ns보다 작고, 상기 기저부 표면 영역과 상기 상부 표면 영역의 비는 0.5nf
2
와
1.5nf
2
사이에 있는, 반사형 디스플레이.
청구항 9
제 1 항에 있어서,
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상기 매체는 컵형 구획부들(cup-shaped compartments)에 포함되고, 상기 깔때기형 돌출부들은 상기 상부 표면
영역들이 상기 구획부들을 오버레이(overlay)하도록 상기 구획부들과 정렬되는, 반사형 디스플레이.
청구항 10
제 9 항에 있어서,
상기 기판은 상기 컵형 구획부들에 대한 밀봉층으로 이용되는, 반사형 디스플레이.
청구항 11
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 깔때기형 돌출부들의 높이(h) 사이의 관계는
에 따라 선택되고, 여기서 d는 상기 기저부 표면 영역의 폭이고, ns는 상기 기판의 굴절률인, 반사형
디스플레이.
청구항 12
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 디스플레이는 전기영동 디스플레이(electrophoretic display)인, 반사형 디스플레이.
청구항 13
제 12 항에 있어서,
상기 디스플레이에서 전기영동 입자들의 입자 움직임은 디스플레이 평면에 수직인, 반사형 디스플레이.
청구항 14
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기판은 상기 뷰잉 사이드에서 주위 분위기보다 큰 굴절률(ns)을 가지고, 상기 반사층은 광의 적어도 일부가
상기 기판에서 상기 주위 분위기로의 이스케이프(escape) 각보다 큰 전파각(propagation angle)으로 상기 기판
에서 반사되는 방식으로 상기 광을 반사시키도록 구성되는, 반사형 디스플레이.
청구항 15
뷰잉 사이드를 갖는 반사형 디스플레이를 제조하는 방법으로서, 상기 디스플레이는 상기 뷰잉 사이드로부터 투
명 기판 및 반사층을 연속으로 포함하는, 상기 반사형 디스플레이 제조 방법에 있어서,
상기 기판에 복수의 깔때기형 돌출부들을 제공하는 단계로서, 각각의 돌출부는 상기 기판을 향하는 기저부 표면
영역을 가지는 기저 단부, 상기 기판의 반대쪽인 상기 반사층을 향하는 상부 표면 영역을 가지는 상단부, 및 상
기 기저 단부 및 상기 상단부를 접속하는 하나 이상의 측벽부들을 포함하고, 상기 측벽부들은 상기 돌출부들을
통해 투과되는 광을 반사시키도록 구성되는, 상기 복수의 깔때기형 돌출부들 제공 단계를 포함하고, 상기 반사
층은 내부에 분산된 산란 입자들을 가진 매체를 포함하고, 디스플레이 기술은 상기 입자들의 이동에 기초하는,
반사형 디스플레이 제조 방법.
청구항 16
제 15 항에 있어서,
상기 깔때기형 돌출부들을 제공하는 단계는:
- 투명 기판을 제공하는 단계,
- 상기 기판에 그루브들을 형성하는 단계, 및
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- 상기 그루브들의 벽들에 반사 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 반사형 디스플레이 제조 방법.
청구항 17
제 16 항에 있어서,
상기 돌출부들 제공 단계는 상기 그루브들을 충전 재료로 충전하는 단계를 더 포함하는, 반사형 디스플레이 제
조 방법.
청구항 18
제 15 항에 있어서,
상기 돌출부들 제공 단계는:
- 투명 기판을 제공하는 단계; 및
- 상부에 형성된 돌출부들을 갖는 기판을 상기 투명 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는, 반사형 디스플레이
제조 방법.
청구항 19
제 15 항에 있어서,
상기 반사층은 유체를 포함하는 컵형 구획부들을 포함하고, 상기 깔때기형 돌출부들은 상기 상부 표면 영역들이
상기 구획부들을 오버레이하도록 상기 구획부들과 정렬되는, 반사형 디스플레이 제조 방법.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 기판, 및 입사광을 반사시키도록 구성된 반사층을 포함하는 반사형 디스플레이에 관한 것이다.[0001]
본 발명은 또한, 이러한 반사형 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이다.[0002]
배 경 기 술
예를 들면, 전기영동 디스플레이(electrophoretic display)와 같은 상술된 종류의 디스플레이에서, 반사층에서[0003]
반사된 광은 반사각 θs(산란층의 법선에 대한 각)이 임계각 θTIR보다 큰 경우에 기판을 통해 공중으로 벗어날
수 없다. 임계각 θTIR은 arcsin 1/ns으로 주어지고, 여기서 ns는 기판의 굴절률이다. 통상적으로, 공중으로 전파
할 수 없는 광은 기판-공중 인터페이스에 도달할 때 내부 전반사를 경험한다. 이것은 광의 많은 부분, 통상적으
로 광의 거의 60%가 디스플레이로 다시 반사되는 것을 의미한다. 이것은 도 1에 도시된다.
디스플레이로 반사되는 광은 제 2 시간 동안 반사층에 의해 반사될 수 있고, 다시 내부 전반사를 경험하는 광의[0004]
일부는 제 3 시간 동안에 반사될 수 있다. 이러한 리사이클링은 광의 손실을 제한할 수 있지만, 본 디스플레이
들에서 이 처리의 효율성은, 1보다 상당히 작은 반사층의 확산 반사율 Rs과 기판 상의 전극층(ITO)에 의한 흡수
로 인해, 오히려 낮아진다.
더욱이, 2개의 후방 산란 이벤트들 사이에서 광은 원래 반사 위치로부터 떨어진 디스플레이 표면에 평행하게 특[0005]
정 거리를 이동할 수 있다. 수백 마이크로미터로의 한 기판의 통상적인 두께에 대해, 평균 이동된 거리는 약
200 마이크로미터의 통상적인 픽셀 크기보다 크다. 따라서 픽셀에 의해 수용되는 총 광량은 이웃하는 픽셀들의
상태에 의존하며, 즉 픽셀의 지각된 밝기는 이웃하는 픽셀들의 상태에 의존한다. 이것은 광 누화(optical
cross-talk)라고 불리며, 더 높은 리사이클링 효율성들에 대해 더욱 가시적이게 된다.
E-Ink 디스플레이와 같은 캡슐들에 포함된 유체에 분산된 반사 및 흡수 입자들을 이용한 캡슐화된 전기영동[0006]
디스플레이들에 대해, Rs는 통상적으로 백색 상태의 70% 근방이고, 전체 백색 디스플레이의 외부적으로 지각된
확산 반사율 Rex(즉, 여기서 모든 이웃하는 픽셀들도 또한 백색 상태에 있음)는 약 40%일 뿐이다. 이것은 단색
디스플레이들에는 최저한으로 충분하지만, 컬러 필터들을 추가함으로써 전체-컬러 디스플레이를 만드는데에는
충분하지 않다. 컬러화된 픽셀들이 백색 픽셀들과의 조합으로 이용되는 경우에도(RGBW 방식), 전체 백색 상태의
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컬러 디스플레이는 단색 디스플레이의 백색 상태의 밝기의 겨우 절반만을 가질 것이다.
구획부들에 포함된 흡수 유체에 분산된 산란 입자들을 이용한 전기영동 디스플레이들에 대해, Rex는 통상적으로[0007]
약 30%이고, 단색 디스플레이들조차도 불충분한 밝기를 가진다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은 이 문제를 극복하고, 개선된 반사율을 가진 반사형 디스플레이를 제공하는 것이다.[0008]
이러한 및 다른 목적들은 뷰잉 사이드를 갖는 반사형 디스플레이로 달성되며, 상기 반사형 디스플레이는 뷰잉[0009]
사이드로부터 투명 기판 및 반사층을 연속으로 포함하는, 상기 반사형 디스플레이로서, 상기 기판은 복수의 깔
때기형 돌출부들(funnel-shaped protrusions)을 포함하고, 각각의 돌출부는 상기 기판을 향하는 기저부 표면 영
역을 가지는 기저 단부, 상기 기판의 반대쪽인 상기 반사층쪽을 향하는 상부 표면 영역을 가지는 상단부, 및 상
기 기저 단부 및 상기 상단부를 접속하는 하나 이상의 측벽부들을 포함하고, 상기 기저부 표면 영역은 상기 상
부 표면 영역보다 크고, 상기 측벽부들은 상기 돌출부를 통해 투과되는 광을 반사시키도록 구성되는 것을 특징
으로 한다.
이러한 설계에 따라, 상당히 큰 반사각들로 반사되는 광은 돌출부 벽들에 의한 하나 이상의 반사들을 경험할 것[0010]
이다. 각각의 반사에서, 기판을 통해 이동하는 광의 전파각(angle of propagation)은 반사층의 법선(또한 z축이
라고도 불림)과 벽 사이의 각도 α의 2배만큼 감소된다.
본 발명은 광의 일부가 기판과 주위 분위기 사이의 인터페이스에 의해 규정된 내부 전반사의 각도로 반사되는[0011]
경우들에 있어서 특히 유용하다. 바람직하게, 깔때기형 돌출부들은, 광이 기판/주위 인터페이스에 도달할 때,
광의 전파각은 θTIR, 즉 기판과 주위의 굴절률들에 의해 규정된 내부 전반사의 각도보다 작을 때까지 반사들이
전파각을 감소시키도록 형성된다. 통상적인 경우에, 주위는 대략 1의 굴절률을 가진 공기이고, θTIR는
arcsin(1/ns)이며, 여기서 ns는 기판의 굴절률이다. 통상적인 경우에, 기판은 대략 1.5의 굴절률을 가진 유리 또
는 투명 플라스틱이다.
내부 반사가 회피됨에 따라, 디스플레이의 지각된 반사율은 증가된다. 기판/주위 인터페이스에서의 내부 반사가[0012]
제한됨에 따라, 픽셀들 사이의 광 누화의 문제도 또한 감소되거나 제거된다.
광이 공기로부터 기판층으로 진입할 때 입사각이 감소됨에 따라, 큰 입사각들 θin을 가진 광은 깔때기들을 통과[0013]
하고 몇몇의 반사들 후에만 반사층에 도달할 것이며, 즉, 깔때기 벽들에 후방 반사되기 전에 반사층에
도달한다.
모든 광이 디바이스에 진입하고 후방 산란된 일부 Rs은 주위 분위기로 다시 전파할 수 있고(θTIR보다 작은 각도[0014]
들에 대해 인터페이스의 프레넬 반사들을 무시함), 외부 콘트라스트는 반사층의 내부 콘트라스트와 동일하다:
Rs[백색 상태]/Rs[흑색 상태].
더 많은 수학적 기술이 에텐듀(etendue)에 의해 주어질 수 있다. 간단하게 언급된 에텐듀는 경로를 따른 특정[0015]
지점에서의 광빔의 각 범위와 공간의 곱이다. 전파 방향을 따라, 국부적 굴절률의 제곱에 의해 곱해진 에텐듀는
광의 흡수없이 감소될 수 없고, 이상적으로 광학 성분들이 보존된다. 디스플레이의 한 픽셀로부터 떠날 수 있는
최대 에텐듀는 전체 반구(full hemisphere) 및 총 픽셀 영역에 걸친 각 범위에 대응한다.
램버튼 반사(Lambertian reflection)의 경우, 반사 직후의 각도 전개는 전체 반구에 걸쳐 확장된다. 따라서, 반[0016]
사 영역은 전체 픽셀 영역보다 작은 팩터 ns
2
가 되어야 한다. 반대 방향으로, 한 픽셀에 영향을 줄 수 있는 최대
에텐듀를 가진 외부 광은, 굴절률 ns을 가진 매체에 빠져든 지점에서 전체 픽셀 영역보다 작은 팩터 ns
2
인 영역
으로 정확하게 압축될 수 있다. 요약하면, 각 깔때기형 돌출부의 기저부 표면 영역과 상부 표면 영역의 비가 ns
2
보다 작은 경우, 모든 반사된 광이 디스플레이를 떠날 수는 없다. 비가 더 큰 경우, 모든 입사광이 반사층에 도
달할 수 없다. 실제로, 각 깔때기형 돌출부의 기저부 표면 영역과 상부 표면 영역의 비는 정확히 ns
2
가 될 필요
는 없다. 이용되는 특정 반사층에 의존하여, 반사된 광의 에텐듀는 완전한 램버튼 반사보다 작을 수 있어서 ns
2
등록특허 10-1462461
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보다 작은 비를 허용한다. 외부 조명의 에텐듀는 또한 최대보다 작을 수 있어서, ns
2
보다 큰 비를 허용한다. 약
간 더 큰 비는 광이 법선 뷰잉 방향으로 디바이스를 떠나는 어떤 범위로 집중될 것이다.
상술된 비가 0.5ns
2
보다 작거나 1.5ns
2
보다 큰 경우에 디스플레이의 지각된 반사의 이득이 본질적으로 영으로 감[0017]
소하는 시뮬레이션이 도시되었다.
에텐듀의 유지는 또한 대칭 평면들에 적용될 수 있고, 그러한 평면 내부의 깔때기의 상부 및 하부의 치수들의[0018]
비는 ns가 되어야 한다. 다시 말하면, 두 x 및 y 방향들로 압축이 발생되어야 한다.
기저 단부들에 관하여, 기저부 표면 영역은 기저 단부들이 전체 기판을 커버하는 것이 바람직하며, 즉 깔때기형[0019]
돌출부들의 기저 단부들이 균일 기판을 형성하기 위해 상호접속한다. 기저부 표면 영역은 직사각형이 될 수 있
지만, 예를 들면 삼각형 또는 육각형이 될 수도 있다. 반사층을 향하는 상단부들에 관하여, 상부 표면 영역들은
디스플레이의 전체 표면을 커버하지 않을 것이고, 이들 상부 표면 영역들의 기하학 형상은 상이할 수 있다.
깔때기형 돌출부들은 기판에 그루브들을 형성함으로써 형성될 수 있다. 그루브들은 비어 있거나 충전 재료로 커[0020]
버될 수 있다. 반사층의 일부가 깔때기형 돌출부들 사이에 충전 재료로 커버되는 사실은 반사형 디스플레이에
중요하지 않다. 이것은 방사형 디스플레이에 비해 중요한 차이점이다: 전체 픽셀 영역으로부터 방출하는 방사형
디스플레이에 대해, 팩터 ns에 의한 방사 영역의 감소는 내부 전반사를 회피하는 것으로부터 이득을 제거할 것이
다. 통상적인 캡슐화된 전기영동 디스플레이에 대해, 나머지 영역은 여전히 여러 캡슐들을 포함할 만큼 충분히
크다.
깔때기형 돌출부들의 측벽들은 본질적으로 평평한 표면들을 가질 수 있지만, 적당한 방식으로 휘어질 수도[0021]
있다. 이러한 곡선은 돌출부들의 기능을 더욱 개선할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들이 지금부터 본 발명의 현재 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 더[0022]
욱 상세히 기술될 것이다.
이들 도면들은 개략적이며 비례적으로 도시되지 않았음을 유념한다. 이들 도면들의 일부들의 상대적 치수들 및[0023]
비율들은 도면들에서 명확하고 편리하게 하기 위해 크기가 확대되거나 축소되어 도시되었다.
실 시 예
본 발명은, 캡슐화된 전기영동 디스플레이(1)를 도시하는 도 2를 참조하여 지금부터 기술될 것이다. 이러한 디[0033]
스플레이에서, 반대의 전하들을 가진 2개의 형태의 입자들이 굴절률 nf을 가진 부유 상태의 유체에 분산되어 있
다. 입자들은 광을 흡수하는 "흑색" 입자들과 광을 산란시키는 "백색" 입자들을 포함한다. 입자들을 가진 유체
는 반사층(3)에 배열된 마이크로캡슐들에 포함되고 바인더에 의해 함께 유지된다. 이들은 투명 전극(5)(ITO)으
로 코팅된 기판(4)에 의해 지지된다. 기판은 nf와 유사하거나 더 큰 굴절률 ns를 가지며 ITO(nITO)의 굴절률은 통
상적으로 ns와 nf 둘다(작은 허수부를 가짐)보다 더 크다. 부가의 보호층들이 도면에 도시되지 않았지만 존재할
수 있다.
반사층(3) 아래에는 패터닝된 전극(6)과 구동 전자장치들이 있다. 상부 및 하부 전극들(5, 6) 사이에는, 캡슐들[0034]
(2)에서 입자들의 이동을 유발하는 전계가 생성될 수 있다. 필드의 극성에 의존하여, 백색 또는 흑색 입자들이
캡슐들의 상부로 끌어 당겨진다. 백색 입자들이 상부에 있다면, 디스플레이에 부딪치는 광의 큰 부분은 확산적
으로 반사되고 디스플레이의 그 영역은 백색 출현을 가진다. 흑색 입자들이 상부에 있다면, 대부분의 입사광은
흡수되고 디스플레이는 흑색으로 출현된다. 중간 회색 상태들도 또한 생성될 수 있다. 디스플레이의 픽셀들은
통상적으로 여러 캡슐들 위로 확장한다. 결과적으로, 캡슐 크기 및 응답의 변동들은 평균내어진다.
본 발명에 따라, 기판에는 반사 벽들(8)을 가진 복수의 깔때기형 돌출부들(7)이 제공된다. 돌출부들은 뾰족한[0035]
공간들(9)에 의해 분리되며, 충전 재료(10)로 충전되는 것이 바람직하다. 각각의 돌출부들은 반사층(3)쪽으로
향한 그의 상부 표면 영역(72)과 반사층(3)의 반대쪽으로 향하는 그것의 기저부 표면 영역(71)으로 배향된다.
바람직하게, 돌출부들(7)의 상부 표면 영역들(72)은 디스플레이의 픽셀들 위에 오버레이(overlay)되며 통상적으
로 패터닝된 전극들(6)에 의해 규정된다.
산란된 광(11)은 돌출부들(7)로 진입할 수 있고, 돌출부의 상단부에 도달하기 전에 벽들(8)에 의해 반사될 수[0036]
있다. 각각의 반사에서, 기판을 통해 이동하는 광의 전파각은 반사층(3)의 법선과 돌출부 벽(8) 사이의 각 α의
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두배만큼 감소된다.
돌출부들(7)은 또한, 광은 반사 벽들(8)에 의해 반사될 수 있는 입사광(12)에 영향을 미친다. 돌출부(7)의 상부[0037]
표면 영역(72)과 기저부 표면 영역(71) 사이의 비(상부 대 기저부 비라고도 칭해짐)가 정확하게 선택되면, 실제
로 모든 광은 반사층(3)에 도달할 수 있을 것이다. 실제로 실현되는 어떤 것이든 깔때기형 돌출부(7)의 다른 치
수들에 또한 의존한다. 입사광(12)의 일부가 반사층(3)에 도달할 수 없지만, 벽들(8)에 의한 다수의 반사 후에
는 후방 반사될 것이다. 이들 "직접(direct)" 반사들의 강도는 각도 α에 관련된다. α가 더 작으면 효과는 감
소된다. 깔때기형 돌출부(7)의 상부 대 기저부 비 및 고정된 픽셀 크기에 대해, 더 작은 α는 돌출부의 더 큰
높이 h를 의미한다.
반사층(3)이 기판에서 반사된 광의 대략 램버튼 분포를 생성하면, 각 돌출부(7)의 기저부 표면 영역(71)과 상부[0038]
표면 영역(72) 사이의 비는 ns
2
에 가까운 것이 바람직하다. 반사층(3)이 내부에 분산된 산란 입자들을 갖는 굴절
률 nf를 가진 부유 상태의 유체를 포함하면, 산란된 광은 굴절률 nf(대략 램버튼 분포를 가짐)를 가진 매체로부
터 주위 분위기로 투과되어야 한다. 그 경우, 각 돌출부(7)의 기저부 표면 영역(71)과 상부 표면 영역(72) 사이
의 비는 nf
2
에 가까운 것이 바람직하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상부와 기저부 표면 영역들 사이의 주어진 비에 대해, 깔때기 기저부의 코너들 중 하[0039]
나에 가까운 θTIR보다 큰 전파각으로 반사되는 광이 어떠한 반사 없이 깔때기의 상부에 도달할 수 없도록 깔때
기의 높이 h가 충분히 커야 한다. 기저부와 상부 표면 영역들 사이의 비가 ns
2
인 경우에 대해, 이것은 선택에 의
존한다:
[0040]
여기서 d는 돌출부의 기저 단부의 폭이다.[0041]
곧은 측벽들(8)이 벽(8)과 반사층(3)의 법선 사이의 각 α을 규정하는 경우에, 이것은 다음에 대응한다:[0042]
[0043]
깔때기형 돌출부들(7)을 가진 기판은 도 3에 도시된 바와 같이, 간단한 공정으로 제조될 수 있다. 이 공정은 다[0044]
음의 4개의 단계들을 포함한다:
첫 번째, 단계(1)에서, 그루브들(21)은 투명 기판(22)에 융기되거나 절단되어 그루브들(21) 사이에 깔때기형 돌[0045]
출부들(23)을 형성한다. 그루브들(21)은 원하는 돌출부 형상에 의존하여 다양한 확장들 및 단면적들을 가질 수
있다. 예시된 예에서, 그루브들은 정사각 격자 패턴으로 형성되고 삼각형 단면적을 가져서, 각뿔대들(23)의 형
태로 돌출부들을 형성한다. 각뿔대들(23)의 정사각 기저 단부들은 전체 기판 표면을 채우기 위해 함께
결합된다. 삼각형 또는 육각형 기저부들을 이용하여 유사한 효과가 얻어질 수 있으며, 이것은 약간 상이한 그루
브들을 요구할 것이다. 또한, 돌출부들의 단면적은 상단부들(반사층을 향할 것임)에서 동일할 필요는 없다. 유
리하다고 발견되면, 상단부들은 상이한 단면적, 예를 들면 원형 단면적을 가질 수 있다.
제조를 용이하게 하기 위해, 깔때기 기판은 깔때기형 돌출부들의 높이보다 두꺼울 수 있으며, 즉 그루브들은 기[0046]
판을 통해 확장하지 않는다. 이것은 실현될 수 있는 밝기 이득에 거의 영향을 미치지 않는다. 또한, 본 발명에
따른 돌출부들이 임의의 광 누화를 감소시키거나 제거할 것이므로, 기판의 두께를 제한할 필요가 적어진다.
단계(2)에서, 반사층(24)은 예를 들면 그루브들에 금속 코팅을 제공함으로써 그루브들/돌출부들의 벽들 상에 형[0047]
성된다. 이것은 회피되기 어렵기 때문에, 깔때기형 돌출부들의 상단부들도 또한 통상적으로 코팅될 것이다.
그 후에, 단계(3)에서, 그루브들은 충전 재료(25)로 충전된다. 충전 재료는 광학 기능을 가지지 않고, 그래서[0048]
많은 선택들이 가능하다. 충전 재료가 반사벽들을 보장하도록 선택되는 경우에 단계들(2, 3)은 하나의 단계로
수행될 수 있음을 유념한다. 예를 들면, 그루브들은 금속 또는 다른 반사 재료로 완전히 충전될 수 있다.
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단계(4)에서, 박층(thin layer)은 돌출부들(23)의 표면들을 명확하게 하기 위해 공정 기판으로부터 제거된다.[0049]
구성된 기판(22)은 도 2의 기판(4)을 형성할 수 있다. 대안적으로, 구성된 기판(22)은, 종래 기술에 따른 전기[0050]
영동 디스플레이의 기존 기판(13)의 상부에 적층되는 비교적 얇은 포일(foil; 26)이다. 이것은 도 4에
도시된다. 반사층과 깔때기형 돌출부들의 상단부들 사이의 거리는 기존 기판(25㎛ 기판들이 이미 이용됨)에 의
해 결정되고, 가능한 얇아야 한다. 이러한 중간 거리는 입사광이 깔때기형 돌출부의 상단부를 빠져 나가고 반사
층에 도달하기 전에 상단부의 경계들의 외부로 전파하도록 허용한다. 따라서, 반사된 광의 일부는 깔때기형 돌
출부에 진입할 수 없고, 손실된다. 바람직하게, 이러한 중간 거리(기존 기판 두께)는 픽셀 피치의 0.1배보다 작
고, 더욱 바람직하게는 픽셀 피치의 0.05배보다 작다.
제 2 실시예는 도 5에 도시된 바와 같은 디스플레이를 참조하여 기술될 것이다. 이 경우, 백색 입자들은 컵형[0051]
구획부들(31)에 포함된 흑색(또는 컬러화된) 유체에 분산되어 있다. 일반적으로, 구획부들의 하부들(32)은 시청
자들을 향한다. 구획부들은 투명 전극(34)으로 코팅된 기판(33)에 의해 지지된다. 개구 단부(35)는 밀봉층(36)
에 의해 밀폐되고 기판은 구동 전자장치들을 더하여 패터닝된 전극(37)에 적층된다. 인가된 전계의 영향하에,
입자들은 유체를 통해 이동한다. 백색 입자들이 시청자를 향하는 컵들의 표면에 있다면, 디스플레이의 그 영역
은 백색으로 출현된다. 그렇지 않으면, 유체의 컬러는 가시적이다. 중간 상태들도 또한 가능하다.
본 발명에 따라, 다시 구성된 기판(33)에는 반사 측벽들(8)을 가진 깔때기형 돌출부들(7)이 제공된다. 이러한[0052]
경우, 상부 표면 영역들(72)이 구획부들(31)을 오버레이하도록 구획부(31)와 깔때기형 돌출부들(7)을 정렬하는
것이 유리함을 유념한다. 이러한 정렬에 따라, 깔때기형 돌출부들(7)은 구획부들(31), 즉 디스플레이 디바이스
의 활성부들을 향해 입사광을 안내할 것이다. 다시 말하면, 디스플레이 디바이스의 비활성 부분들(구획부들 사
이의 부분들)이 차폐되어, 상당한 부가적인 밝기 이득을 유발한다.
제 1 실시예에서와 같이, 구성된 기판(33)은 도 3의 공정에 따라 형성될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같[0053]
이, 종래 기술에 따른 디바이스의 상부에 적층될 수 있다. 제 1 경우에서, 깔때기형 돌출부들의 상단부들과 반
사층 사이의 거리는 구획부들의 하부들의 두께에 의해 결정된다. 제 2 경우, 오리지널 기판의 두께가 그것에 추
가되어야 한다.
거리를 감소시키기 위하여, 구획부들은 거꾸로 될 수 있고, 구성된 기판은 도 6에 도시된 바와 같이 밀봉층 대[0054]
신 이용될 수 있다.
이러한 개념이 작용하는 시뮬레이션들을 도시한다. 시뮬레이션 모델의 측면도 및 상면도가 도 7a 및 도 7b에 도[0055]
시되어 있다. 그것은 하나의 픽셀을 표현한다. 깔때기형 돌출부 내부의 매체는 1.5의 굴절률(n)을 가진다. 깔때
기형 돌출부의 높이(h)는 기저 단부의 폭(d)과 동일하다(절대적인 크기들은 중요하지 않고 상대적인 크기일 뿐
이다). 상단부의 폭은 d/n이다. 깔때기 벽들의 대응하는 기울기(α)는 9.5°이다. 깔때기 벽들은 완전한 미러들
이다. 반사층은 0.6의 확산 반사율(Rs)을 가진 램버튼 반사기로서 모델링된다.
외부적으로 반사된 휘도는 픽셀당 고정된 에너지 플럭스를 가진 외부 광의 상이한 입사각들 θin에 대해 시뮬레[0056]
이팅되었다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명을 이용한 및 본 발명을 이용하지 않은 모델 디스플레이를 위해, θin = 0
및 θin = 45° 각각에 대한 결과들을 도시한다. 법선 뷰잉 각도 θout = 0에서, 50% 이상의 밝기 이득이 얻어진
다. 휘도는 큰 뷰잉 원뿔에서 대략 일정하게 남아 있다.
입사광의 일부는 깔때기형 돌출부들의 상단부에 있는 반사층에 도달할 수 없을 것이다. 대신, 이것은 "직접" 반[0057]
사들(디스플레이 표면을 벗어난 항상 존재하는 거울 프레넬 반사외에도)을 생성한다. 그러나, 이들 반사들은 매
우 큰 뷰잉 각도들에서만 발생한다. 현상은 확산적으로 반사된 광에 의한 이득의 손실을 유발하지만, θin = 75
°에 대해, 여전히 20% 이득이 남아 있다. 시뮬레이션들은 외부 콘트라스트가 산란층의 고유 콘트라스트에 대응
함을 확인한다.
본 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 상술된 양호한 실시예들에 제한되는 것을 의미하지 않음을 안다. 반[0058]
대로, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 많은 수정들 및 변형들이 가능하다. 예를 들면, 깔때기 기판에 이용된 재
료는 적어도 대략 nf와 동일하지만 더 클 수도 있는 굴절률을 가져야 한다. 또한, 깔때기들의 상부와 하부의 비
는 정확히 ns
2
가 될 필요는 없다. 특히, 산란층과 깔때기들의 하부들 사이의 거리가 무시할 수 없는 경우, 더 작
은 비가 최적이 될 수 있다. 약간 더 큰 비는, 광이 디바이스로 덜 진입하게 하더라도, 광이 법선 뷰잉 방향으
로 디바이스를 떠나는 어떤 범위로 집중할 것이다. 이것은 유리할 수 있다. 더욱이, 깔때기들의 벽들은 평평할
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필요는 없다. 이들은 상이한 형상을 가질 수 있다. 또한, 한 깔때기의 상이한 벽들은 상이한 형상들을 가질 수
있다. 벽들의 형상이 부가의 거울 반사들의 강도에 대한 영향을 가지고 뷰잉 각도들에서 이들이 보이는 것이 예
상된다.
본 발명은 입자들의 수직 이동으로 특징지워진 디스플레이 기술들을 참조하여 기술되었다. 입자들의 평면내(디[0059]
스플레이 표면과 평행) 이동을 이용하는 디스플레이 기술들에도 또한 유리할 수 있다. 또한, 본 발명은 부가의
밝기 이득을 실현하기 위해 기판(기판/주변 인터페이스)의 상부 상에 안티-반사 코팅으로 조합될 수 있다.
이 청구항들에서, 용어 "포함"은 다른 요소들을 배제하지 않고, 부정 관사 ("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지[0060]
않는다. 특정 측정들이 서로 상이한 종속 청구항들에서 기재된 단순한 사실은 이들 측정들의 조합이 유리하게
사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구항들에서 임의의 참조 부호들은 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는
안된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래 기술에 따른 반사형 디스플레이를 도시한 도면.[0024]
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 디스플레이를 도시한 도면.[0025]
도 3은 도 2의 기판을 제조하기 위한 공정을 도시한 도면.[0026]
도 4는 도 2의 기판을 제조하기 위한 대안적 방식을 도시한 도면.[0027]
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기영동 디스플레이를 도시한 도면.[0028]
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기영동 디스플레이를 도시한 도면.[0029]
도 7은 본 발명의 실시예를 시뮬레이팅하는데 이용된 개략적 모델을 도시한 도면.[0030]
도 8은 시뮬레이션의 결과들을 도시한 도면.[0031]
도 9는 돌출부의 코너로부터의 광의 반사를 도시한 도면.[0032]
도면
도면1
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도면2
도면3
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도면4
도면5
도면6
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도면7a
도면7b
도면8a
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도면8b
도면9
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