본 발명의 실시예는 디스플레이 디바이스에 집적된 광전지를 설명한다. 광전지는 특정 컬러의 가시광에 대응하는 파장의 범위를 포함하지 않는 흡수 스펙트럼을 이용하여 설계된다. 광을 수집하는 능력을 구비하는 것 이외에, 광전지는 컬러 필터 및 광검출기로서도 기능한다. 본 발명의 하나 이상의 실시예는 디스플레이 디바이스 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 집적 광전지를 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

배경 기술           

광전지 또는 태양전지는 일반적으로 현대 전자 디바이스에서 다른 에너지원을 제공하기 위해 구현된다. 액정 디스플레이(LCD)와 같은 디스플레이 디바이스에서, 광전지는 LCD 내에 집적되어 주변 광 또는 백라이트 소스로부터 생성된 광으로부터 전기적 에너지를 수집한다.



그림 1은 조립되지 않은 구성의 통상적인 LCD(100)의 단면도를 도시한다. LCD(100)는 백색 광원(120) 및 백색 광원(120) 위의 수평 편광기(131)를 포함한다. 광전지(171, 172, 173)는 수평 편광기(131) 위에 형성된다. 서브픽셀(141, 142, 143)을 포함하는 픽셀(140)은 광전지(171, 172, 173) 위에 형성된다. 컬러 필터(151, 152, 153)는 서브픽셀(141, 142, 143) 상에 형성된다. 컬러 필터(151, 152, 153)는 적색 필터(151), 녹색 필터(152) 및 청색 필터(153)로 구성되어 멀티 컬러 픽셀을 생성할 수 있다. 수직 편광기(132)는 컬러 필터(151, 152, 153) 상에 형성된다. 유리 스크린(160)은 전방 수직 편광기(132) 상에 형성된다.

발명의 내용   
            
해결하려는 과제            
전형적으로, 광전지(171, 172, 173)는 픽셀(140) 뒤에 형성된다. LCD(100)가 턴온되는 경우에 광전지(171, 172, 173)는 백색 광원(120)으로부터 방출된 백색광(30)의 대부분을 흡수할 수 있다. 광전지(171, 172, 173)는 방출된 백색광(30)이 픽셀(140)로 투과될 수 있도록 투명 또는 반투명 물질로 만들어진다. 그러나 이 구성의 한 가지 단점은 광전지(170)가 주변 광(20)을 효율적으로 흡수할 수 없다는 것이다. 주변 광(20)의 강도는 전방 수직 편광기(132), 컬러 필터(151, 152, 153) 및 서브픽셀(141, 142, 143)을 통과한 후에 현저히 감소하므로, 광전지(170)는 적은 양의 주변 광만을 흡수하게 된다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용           
후속 설명에서, 본 발명의 하나 이상의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 설명된다. 다른 경우에, 상세한 설명을 불필요하게 불명료하게 하지 않도록 디스플레이 디바이스의 잘 알려져 있는 기능 및 특징은 상세히 설명되지 않았다.
본 발명의 실시예는 픽셀 및 광을 흡수하기 위한 픽셀 위의 광전지를 포함하는 디스플레이 디바이스를 설명한다. 광전지는 가시광의 특정 컬러에 대응하는 파장의 범위를 포함하지 않는 가시광 흡수 스펙트럼을 갖는다. 광 에너지를 수집하는 용량을 가지는 것 외에, 광전지는 컬러 필터 및 광검출기로서도 기능한다.



그림 2는 조립되지 않은 구성의 액정 디스플레이(LCD) 장치(200)를 도시하는 단면도이다. 일 실시예에서, LCD 장치(200)는 이동 전화기, PDA, MID, UMPC, 랩탑 및 LCD 모니터와 같은 플랫폼에 대한 디스플레이로서 구현될 수 있지만, 이들로 한정되지 않는다. 일 실시예에서, LCD 장치(200)는 백라이트 모듈(210) 위에 수평 편광기(221)를 포함한다. 일 실시예에서, 백라이트 모듈(210)은 백색광을 방출한다. LCD 장치(200)는 후방 수평 편광기(221) 위에 하위 유리 기판(231)을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 픽셀 유닛(240)은 하위 유리 기판(231) 위에 있다. LCD 장치(200)가 어레이 또는 복수의 픽셀을 포함하지만 그림 2의 도시 목적을 위해 하나의 픽셀 유닛(240)만을 도시함을 알 수 있다. 일 실시예에서, 픽셀 유닛(240)은 제 1 서브픽셀, 제 2 서브픽셀 및 제 3 서브픽셀을 포함한다. 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀의 각각은 공통 전극(261/262/263)과 픽셀 전극(251/252/253) 사이에 액정층(241/242/243)을 포함한다. 예컨대, 제 1 서브픽셀은 공통 전극(261)과 픽셀 전극(251) 사이에 액정(261)을 포함한다. 일 실시예에서, 공통 전극(262 내지 263)은 단일의 연속적인 전극 층으로서 형성되지만, 픽셀 전극(251 내지 253)은 분리된 절연 층으로서 형성되며, 반대의 경우 또한 같다. 일 실시예에서, 픽셀 전극(251 내지 253) 및 공통 전극(261 내지 263)은 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 물질로 만들어지지만, 이것으로 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 광전 유닛(300)은 LCD 장치(200) 내에서 픽셀 유닛(240) 위에 있다. LCD 장치(200)가 복수의 픽셀을 포함하는 경우에, 광전 유닛(300)은 모든 픽셀 위에 있다. 이와 달리, 복수의 광전 유닛(300)은 복수의 픽셀의 일부분 위에 있다. 일 실시예에서, 광전 유닛(300)은 제 1 광전지, 제 2 광전지, 제 3 광전지를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 각각 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀 위에 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 각각은 광전 전극(271/272/273)과 공통 전극(261/262/263) 사이에 광전층(310/320/330)을 포함한다. 예컨대, 제 1 광전지는 광전 전극(271)과 공통 전극(261) 사이에 광전 층(310)을 포함한다. 일 실시예에서, 광전 전극(271 내지 273)은 ITO와 같은 투명 물질로 만들어지지만, 이것으로 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예에서, LCD 장치(200)는 광전 유닛(300)을 캡슐화하도록 장벽 층(380)을 더 포함한다. 장벽층(380)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate)와 같은 물질로 만들어지지만, 이것으로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 장벽 층(380)의 두께는 약 1㎛ 내지 500㎛이다. LCD 장치(200)는 장벽 층(380) 위에 상위 유리 기판(232)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 상위 유리 기판(232) 대신에 픽셀 유닛(240) 상에 광전 유닛(300)을 집적하는 것은 픽셀(240)의 제조 동안에 광전 유닛(300)이 동일한 프로세스 흐름으로 형성되게 한다. 이는 제조 비용과 복잡성을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 광전 유닛(300)이 상위 유리 기판(232) 아래에 있으면 LCD 장치(200)는 장벽 층(308)을 포함하지 않는다. 일 실시예에서, LCD 장치(200)는 상위 유리 기판 위에 전방 수직 편광기(222)를 더 포함한다. 일 실시예에서, LCD 장치(200)에 보호 커버 또는 스크린을 제공하기 위해 디스플레이 또는 유리 스크린(280)이 수직 편광기(222) 위에 있다.
다른 실시예에서, 광전 유닛(300)은 상위 유리 기판(232) 위에 있다. 이 경우에, 장벽 층(380)은 보호 커버를 제공하기 위해 광전 유닛(300)을 캡슐화한다. 광전 유닛은 광을 흡수하고 컬러 필터로서 기능하는 능력을 갖는다. 본 발명의 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 각각은 원하는 컬러에 투명한 특정 흡수 스펙트럼으로 튜닝된다. 바꾸어 말하면, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 원색(primary color)과 관련된 파장의 범위를 포함하지 않는 가시광 흡수 스펙트럼으로 제조된다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 적색, 녹색 및 청색의 원색 방식에 따라 설계된다. 예컨대, 제 1 광전지는 적색에 대응하는 파장을 제외한(즉, 제 1 광전지는 적색에 투명함) 가시광의 전체 스펙트럼을 실질적으로 흡수하도록 설계된다. 이와 유사하게, 제 2 광전지는 녹색에 대응하는 파장을 제외한 가시광의 전체 스펙트럼을 흡수하도록 설계된다. 또한, 제 3 광전지는 청색에 대응하는 파장을 제외한 가시광의 전체 스펙트럼을 흡수하도록 설계된다. 본 명세서에는 적색, 녹색 및 청색 방식이 설명되지만, 다른 컬러 방식이 구현될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지가 적색, 녹색 및 청색의 원색 방식을 사용하면 픽셀 유닛(240)은 멀티 컬러 픽셀이다. 다른 실시예에서, 픽셀 유닛(240)은 단일 컬러 픽셀이며, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지가 단일 컬러 방식에 따라 설계된다. 예컨대, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 모두 단일 컬러 적색에 대응하는 파장을 제외한 가시광의 전체 스펙트럼을 흡수하도록 설계된다. 단일 컬러다 적색으로 제한되지 않지만 가시광 스펙트럼으로부터의 임의의 다른 컬러도 포함할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 광전 유닛(300)은 디스플레이 스크린(280)을 통해 투과된 주변 광(20)의 대부분을 흡수하도록 그림 2에 도시된 바와 같이 픽셀 유닛(240) 위에 있다. 광전 유닛(300)의 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 주변 광(20)으로부터 에너지를 흡수하고 그 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 예시로서, 그림 2는 단지 제 1 광전지로 투과된 주변 광(20)을 도시한다. 제 1 광전지가 적색에 투명하도록 튜닝되는 경우에, 제 1 광전지는 적색에 대응하는 파장 범위를 제외하고 주변 광(20)으로부터 에너지를 흡수한다. 이와 유사하게, 제 2 및 제 3 광전지가 각각 녹색과 청색에 투명하도록 튜닝되면, 제 2 및 제 3 광전지는 녹색 및 청색에 대응하는 파장 범위를 제외하고 주변 광(20)으로부터 에너지를 흡수한다. 또한, LCD 장치(200)의 동작 동안에, 백라이트 모듈(210)은 파워온되고, 수평 편광기(221) 및 하위 유리 기판(231)을 통해 픽셀 유닛(240)으로 전달되는 백색광(30)을 방출한다. 예시를 위해, 제 1 서브픽셀로 방출된 백색광(30)의 일부만 그림 2에 도시된다. 액정 층(241 내지 243)은 픽셀 전극(251 내지 253)에 인가된 전압량에 따라 디스플레이 스크린(280)으로 투과된 백색광(30)을 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 광전 유닛(300)은 픽셀 유닛(240)을 통해 투과된 백색광(30)의 일부를 흡수한다. 예컨대, 제 1 광전지가 적색에 투명하도록 튜닝되면, 제 1 광전지는 적색에 대응하는 파장 범위를 제외하고 제 1 서브픽셀을 통해 투과된 백색광(30)을 흡수한다. 바꾸어 말하면, 백색광(30)으로부터의 적색과 관련된 파장의 범위는 제 1 광전지를 통과하고 디스플레이 스크린(280)으로 전도되도록 허용된다. 적색과 관련되지 않은 백색광(30)의 나머지 파장 범위로부터의 에너지는 제 1 광전지에 의해 흡수되고 전기 에너지로 변환된다. 동일한 작동 원리가 제 2 및 제 3 광전지에 적용된다. 제 2 광전지가 녹색에 투명하도록 튜닝되면, 제 2 광전지는 백색광(30)으로부터의 녹색과 관련된 파장의 범위가 통과하고 디스플레이 스크린(280)으로 전도되게 한다. 이와 유사하게, 제 3 광전지가 청색에 투명하도록 튜닝되면, 제 3 광전지는 백색광(30)으로부터의 청색과 관련된 파장의 범위가 통과하게 한다. 이와 동시에, 제 2 및 제 3 광전지는 백색광(30)의 녹색 또는 청색과 관련되지 않은 나머지 파장 범위로부터 에너지를 흡수하고 그 에너지를 전기 에너지로 변환한다.

그림 3은 통상적인 광전지의 구조를 도시한다. 통상적인 광전지는 애노드 전극(181), 애노드 전극(181) 상에 형성된 도너 유기 층(191), 도너 유기 층(191) 상에 형성된 억셉터 유기 층(192), 억셉터 유기 층(192) 상에 형성된 캐소드 전극 층(182)을 포함하는 유기 광전지이다. 그림 4는 그림 3의 통상적인 광전지의 에너지 밴드도를 도시한다. 도너 및 억셉터 유기 층(191, 192)의 에너지 레벨은 애노드 전극(181)에서 캐소드 전극(182)으로 이동하도록 전자(e-)에 대한 에너지 기울기가 존재하는 방식으로 설계된다. 바꾸어 말하면, 도너 유기 층(191)은 전자를 ‘기부’하고, 억셉터 유기 층(192)은 전자를 ‘수용’한다.
통상적인 광전지는 전자-홀 쌍을 생성하도록 광자를 흡수하는데, 이는 실질적으로 발산하고 급격한 에너지 단계가 존재하는 도너-억셉터 인터페이스에서 분리된다. 인가된 바이어스 하에서, 전자-홀 쌍은 분리되고 전자는 캐소드 전극(182)으로 이동하며 홀은 애노드 전극(181)으로 이동하므로, 광전지에 대한 광전류가 생성된다. 통상적인 광전지에서, 도너 유기 층(191)은 보통 가능한 한 많은 광을 흡수하도록 넓은 흡수 대역 및 작은 밴드갭을 가진 물질로 만들어진다. 이와 달리, 본 발명의 하나 이상의 실시예의 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 각각 적색, 녹색 또는 청색에 대응하는 파장을 흡수하도록 특정 흡수 스펙트럼을 가진 다수의 흡수층을 포함한다.

그림 5는 제 1 광전지의 구조를 도시한다. 그림 6은 그림 5의 구조의 대응하는 에너지 밴드도를 도시한다. 본 발명의 실시예에서, 제 1 광전지는 공통 전극(261) 위의 녹색 흡수 층(315), 녹색 흡수 층(315) 위의 청색 흡수층(316) 및 청색 흡수 층(316) 위의 억셉터 층(318)을 포함하는 광전 층(310)을 가진 유기 광전지이다. 광전 전극(271)은 억셉터 층(318) 위에 있다. 일 실시예에서, 광전 전극(271)은 캐소드 단자로서 기능하며, 공통 전극(261)은 애노드 단자로서 기능한다. 다른 실시예에서, 광전 전극(271)은 애노드 단자로서 기능하고, 공통 전극(261)은 캐소드 단자로서 기능한다.
녹색 및 청색 흡수 층(315, 316)의 결합을 형성함으로써, 제 1 광전지는 녹색 및 청색에 대응하는 파장 범위로부터 에너지를 흡수하는 능력을 갖는다. 바꾸어 말하면, 제 1 광전지는 적색에 대응하는 파장 범위로부터 에너지를 흡수하지 않는다. 적색과 관련된 파장이 통과하게 함으로써, 제 1 광전지는 LCD 장치(200)에 적색 필터로서의 추가적인 기능을 제공한다. 이는 그림 2에 도시된 바와 같이 제 1 광전지가 백라이트 모듈(210)로부터 방출된 백색광(22)에 대한 적색 필터로서 동작함을 의미한다. 따라서, 백색광(22)으로부터의 적색과 관련된 파장만이 제 1 광전지를 통해 디스플레이 스크린(280)으로 투과된다.
일 실시예에서, 녹색 흡수 층(315)은 녹색에 대응하는 파장의 범위를 가진 흡수 스펙트럼을 갖는다. 특정 실시예에서, 녹색 흡수 층(315)은 약 495㎚ 내지 570㎚의 파장 범위로부터 에너지를 흡수한다. 일 실시예에서, 녹색 흡수 층(315)은 NN’-DMQA(dimethylquinacridone)와 같은 유기 물질로부터 만들어지지만, 이것으로 한정되지 않는다.
일 실시예에서, 청색 흡수 층(316)은 청색에 대응하는 파장의 범위를 가진 흡수 스펙트럼을 갖는다. 특정 실시예에서, 청색 흡수 층(316)은 약 350㎚ 내지 495㎚의 파장 범위로부터 에너지를 흡수한다. 일 실시예에서, 청색 흡수 층(365)은 테트라(4-메톡시페닐) 포르핀 코발트 복합체(tetra(4-methoxyphenyl) porphine cobalt complex(Co-TPP))와 같은 유기 물질로부터 만들어지지만, 이것으로 한정되지 않는다.
그림 5는 2개의 흡수 층(즉, 녹색 및 청색 흡수 층(315, 316))만 가진 제 1 광전지를 도시하지만, 제 1 광전지가 가시광의 다른 컬러에 대한 흡수 스펙트럼을 가진 추가적인 흡수층을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 제 1 광전지는 황색에 대응하는 파장 범위를 가진 흡수 스펙트럼을 구비한 추가적인 황색 흡수층을 포함할 수 있다. 이 경우에, 황색 흡수층은 공통 전극(261)과 녹색 흡수층(315) 사이에 있다.

그림 7은 제 2 광전지의 구조를 도시한다. 그림 8은 그림 7의 구조의 대응하는 에너지 밴드도를 도시한다. 제 2 광전지 구조는 적색 흡수층(314)이 녹색 흡수층(315)을 대체한다는 것을 제외하고는 그림 5에 도시된 제 1 광전지와 유사하다. 적색 및 청색 흡수층(314, 316)의 결합을 사용함으로써, 제 2 광전지는 적색 및 청색에 대응하는 파장의 범위로부터 에너지를 흡수하지만 녹색에 대응하는 파장의 범위로부터 에너지를 흡수하지 않는 능력을 갖는다. 그러므로 제 2 광전지는 LCD 장치(200)에 녹색 필터로서의 추가적인 기능을 제공하도록 녹색과 관련된 파장이 통과하게 한다.
일 실시예에서, 적색 흡수층(314)은 적색에 대응하는 파장의 범위를 가진 흡수 스펙트럼을 갖는다. 특정 실시예에서, 적색 흡수층(314)은 약 570㎚ 내지 750㎚의 파장 범위로부터 에너지를 흡수한다. 일 실시예에서, 적색 흡수 층(314)은 ZnPC(zinc phthalocyanine)와 같은 유기 물질로부터 만들어지지만, 이것으로 한정되지 않는다.



그림 9는 제 3 광전지의 구조를 도시한다. 그림 10은 그림 9의 구조의 대응하는 에너지 밴드도를 도시한다. 제 3 광전지 구조도 적색 및 녹색 흡수층(314, 315)의 결합이 사용되는 것을 제외하고 그림 5에 도시된 제 1 광전지와 유사하다. 이는 제 3 광전지가 적색 및 녹색에 대응하는 파장의 범위로부터 에너지를 흡수할 수 있지만 청색에 대응하는 파장의 범위로부터 에너지를 흡수하지 않음을 의미한다. 따라서, 제 3 광전지는 또한 LCD 장치에 대한 청색 필터로서 기능한다.
일 실시예에서, 그림 6, 그림 8 및 그림 10에 도시된 억셉터 층(318)은 전자를 ‘수용’하고 홀이 캐소드(271/272/273)로 이동하는 것을 ‘차단’한다. 억셉터 층은 NTCDA(naphthalene tetra carboxylic anhydride), 3, 4, 9, 10-PTCBI(perylene-tetra-carboyxilic- bis-benzimidazole), 3, 4, 9, 10-PTCDA(perylene-tetra-carboxylic-acid), BCP(bathocuproine) 및 풀러린(fullerene)과 같은 물질로 만들어지지만, 이것으로 한정되지 않는다. 특정 실시예에서, 억셉터 층은 c60 풀러린으로 만들어진다. 다른 실시예에서, 억셉터 층(318)은 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 구조에서 제거된다. 이 경우에, 각각의 광전지 기능에서 흡수층의 결합은 도너-억셉터 관계로 동작한다. 예컨대, 억셉터 층(318)이 그림 5에 도시된 제 1 광전지로부터 제거되면, 녹색 흡수층(315)은 ‘도너’ 층으로서 기능하고 청색 흡수층(316)은 ‘억셉터’ 층으로서 기능한다. 억셉터 층(318)을 제거하는 것으로 인한 이득은 광전지의 전체 두께가 감소한다는 것이다.
본 발명의 실시예에서 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 각각은 그림 5, 그림 7 및 그림 9에 도시된 바와 같이 인터페이스 층(311, 312)을 더 포함한다. 인터페이스 층(311, 312)은 이 경우에 공통 전극(261 내지 263) 및 광전 전극(271 내지 273)을 지칭하는 전하 수집 전극의 일 함수를 조정하기 위해 추가될 수 있다. 일 실시예에서, 인터페이스 층(311, 312)은 포화 알칸티올(alkanethiol) 및 과불소화 알칸티올에 기초한 자기 조립 단분자 층(SAM), 포화 지방족화합물 및 불소화 지방족화합물을 가진 카복실산(carboxylic acid)에 기초한 SAM 및 LA(lauric acid), MUA(mercaptoundecanoic acid) 및 PFTDA(perfluorotet
radecanoic acid)와 같은 SAM과 같은 물질로 만들어진다. 다른 실시예에서, 인터페이스 층(311, 312)은 바나듐 산화물(V2O5), 세슘 산화물(CS2CO3), 아연 산화물(ZnO) 및 몰리브덴 산화물(MoO3)물질로 만들어진다.
일 실시예에서, 공통 전극(261 내지 263) 및 광전 전극(271 내지 273)은 투명 도전 금속 산화물 또는 폴리머로 만들어진다. 특정 실시예에서, 공통 전극(261 내지 263) 및 광전 전극(271 내지 273)은 인듐 아연 산화물(ITO)로 만들어진다. 공통 전극(261 내지 263) 및 광전 전극(271 내지 273)의 두께의 범위는 10㎚ 내지 100㎚이다. 다른 실시예에서, 공통 전극(261 내지 263) 및 광전 전극(271 내지 273)은 약 1㎚ 내지 10㎚의 범위를 가진 금속 막으로 만들어진다.
본 발명의 실시예에서, 각각의 흡수층의 두께는 흡수된 광량을 변경하도록 조정될 수 있다. 그러나 만일 흡수층(314 내지 316)이 너무 두꺼우면, 전자 및 홀은 보다 먼 거리를 이동해야 하며 이는 광 수집 목적을 위해 전력 변환 효율을 감소시킨다. 그러므로 흡수층(314 내지 316)은 전력 변환 효율에 영향을 주지 않으면서 원하는 양의 광을 흡수하도록 충분한 두께로 제조된다. 일 실시예에서, 흡수층(314 내지 316)의 각각의 두께의 범위는 약 10 ㎚ 내지 100㎚이다.
다른 실시예에서, 흡수층(314 내지 316)은 더 나은 품질의 색 순도를 획득하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 각각에서 상이한 두께로 제조된다. 이상적으로, 광전 유닛(300)이 양호한 색 순도를 생성할 수 있도록 적색, 녹색 및 청색 흡수층(314 내지 316)의 흡수 스펙트럼은 서로 중복되지 않는다. 그러나 제 1, 제 2 및 제 3 광전지에 의해 투과된 컬러의 강도는 변할 수 있다. 예컨대, 제 1 광전지(적색 필터)는 제 2 광전지(녹색 필터) 및 제 3 광전지(청색 필터)에 의해 투과된 녹색 또는 청색의 강도에 비해 낮은 양 또는 강도의 적색을 투과시킬 수 있다. 이는 제 1 광전지가 적색과 관련된 파장의 범위 내로 중복되는 넓은 흡수 스펙트럼을 가진 녹색 흡수층(315)을 구비하게 하므로, 제 1 광전지가 적은 양의 적색을 흡수하게 된다.
일 실시예에서, 그림 7에 도시된 제 2 광전지 내의 적색 흡수층(314)의 두께는 그 흡수 스펙트럼이 녹색과 관련된 작은 파장 범위와 중복되도록 조정될 수 있다. 이는 제 1 광전지에 의해 투과된 적색에 대하여 녹색의 강도를 균형화하기 위해 제 2 광전지가 적은 양의 녹색을 흡수함을 의미한다. 이와 유사하게, 그림 9에 도시된 제 3 광전지 내의 녹색 흡수층(315)의 두께는 그 흡수 스펙트럼이 청색과 관련된 작은 파장 범위와 중복되도록 조정될 수 있다. 이는 제 1 광전지에 의해 투과된 적색에 대하여 청색의 강도를 균형화하도록 제 3 광전지가 적은 양의 청색을 흡수하게 한다.



다른 실시예에서, LCD 장치에서 양호한 색 순도를 생성하기 위해 추가적인 컬러 필터가 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 그림 11에 도시된 바와 같이 컬러 필터(291, 292, 293)는 장벽 층(380)과 상위 유리 기판(232) 사이에 있다. 그림 11에 도시된 LCD 장치(201)는 추가적인 컬러 필터(291 내지 293)를 제외하고 그림 2의 LCD 장치(200)와 유사하다.
일 실시예에서, 컬러 필터(291 내지 293)는 각각 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 위에 있다. 일 실시예에서, 컬러 필터(291 내지 293)는 대응하는 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 흡수 스펙트럼에 비해 작은 파장 범위를 가진 흡수 스펙트럼으로 제조된다. 이는 제 1, 제 2 및 제 3 광전지가 디스플레이 스크린(280)으로 각각의 컬러를 더 양호하게 투과시키게 한다. 제 1, 제 2 및 제 3 광전지가 각각 적색, 녹색 및 청색을 투과시키는 경우에, 컬러 필터(291)는 적색 필터일 것이고, 컬러 필터(292)는 녹색 필터일 것이며, 컬러 필터(293)는 청색 필터일 것이다.



그림 12는 LCD 장치(200)를 포함하는 시스템(400)의 블록도를 도시한다. 본 발명의 실시예에서, 시스템(400)은 복수의 픽셀 유닛(240) 및 복수의 광전 유닛(300)에 결합된 제어기 모듈(410)을 포함한다. 시스템(400)은 복수의 픽셀 유닛(240) 및 광전 유닛(300)에 결합된 전원(420)을 더 포함한다. 일 실시예에서, 전원(420)은 충전식 배터리이다.
일 실시예에서, 복수의 광전 유닛(300)은 광 에너지를 수집하는 능력을 갖는다. 광전 유닛의 제 1, 제 2 및 제 3 광전지가 광을 흡수할 때, 그 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 광 에너지를 전기적 에너지로 변환한다. 이어서 제 1, 제 2 및 제 3 광전지에 의해 생성된 전기적 에너지는 전원(420)으로 전달된다. 일 실시예에서, 전원(420)은 생성된 전기적 에너지를 수신하고 저장하기 위해 모든 광전 유닛(300)의 광전 전극(271 내지 273) 또는 공통 전극(261 내지 263)에 결합된다.
본 발명의 실시예에서, 복수의 광전 유닛(300)의 각각은 광검출기로서 기능하는 능력을 갖는다. 일 실시예에서, 제어기 모듈(410)은 모든 광전 유닛(300)의 광전 전극(271 내지 273) 또는 공통 전극(261 내지 263)에 결합된다. 광전 전극(271 내지 273) 또는 공통 전극(261 내지 263)은 광전 유닛(300)이 제어기 모듈(410)에 의해 어드레싱 가능하도록 개별 행 및 열로 패터닝된다. 이는 제어기 모듈(410)이 각각의 광전 유닛(300)에 의해 생성된 전기적 에너지의 양을 검출하게 한다.
일 실시예에서, 디스플레이 장치(400)는 터치 스크린 디스플레이로서 기능하는 능력을 갖는다. 일 실시예에서, 복수의 픽셀 유닛(240)의 픽셀 전극(251 내지 253)은 각각의 픽셀 유닛(240)이 제어기 모듈(410)에 의해 어드레싱 가능하도록 개별 행 및 열로 패터닝된다. 제어기 모듈(410)은 시구간 동안 광전 유닛(300)의 각각에 의해 생성된 전기적 에너지의 양을 모니터링하고 이에 따라 대응하는 픽셀 유닛(240)을 조정한다. 예컨대, 그림 12에서 손가락이 가장 왼쪽의 광전 유닛(300) 위에 위치하면, 제어기 모듈(410)은 가장 왼쪽의 광전 유닛(300)에서 생성된 전기적 에너지의 변화를 검출하고, 가장 왼쪽의 광전 유닛(300) 아래의 픽셀 유닛(240)에 의해 투과된 광의 강도를 조정한다. 제어기 모듈(410)이 프로그래밍되는 방법에 따라서, 제어기 모듈(410)은 광전 유닛(300)의 영역에서 생성된 전기적 에너지의 변화를 검출할 수 있고 관련된 이미지를 디스플레이하라고 디스플레이 장치(400)에 지시할 수 있다.



그림 13은 조립되지 않은 구성의 디스플레이 장치(500)의 단면도를 도시한다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 장치(500)는 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 플라스마 디스플레이 또는 전기영동 디스플레이(EPD)일 수 있다. 디스플레이 장치(500)는 그림 2에 도시된 LCD 장치(200)와 유사하지만, 디스플레이 장치(500)는 백라이트 모듈(210), 수평 편광기(221) 및 수직 편광기(222)를 포함하지 않는다. 이와 유사하게, 디스플레이 장치(500)는 하위 유리 기판(231) 위에 제 1 서브픽셀, 제 2 서브픽셀 및 제 3 서브픽셀을 가진 픽셀 유닛(240)을 포함한다. 그림 2와 관련하여 설명된 액정 층(241 내지 243)은 이제 층(521, 522, 523)으로 대체된다. 따라서 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀의 각각은 이제 공통 전극(261/262/263)과 픽셀 전극(251/252/253) 사이에 층(521/522/523)을 포함한다.
디스플레이 장치(500)가 OLED 디스플레이인 경우에, 층(521 내지 523)의 각각은 유기 멀티 층으로 만들어지는데, 이는 잘 알려져 있으며 상세히 논의되지 않을 것이다. OLED 디스플레이의 논의를 위해 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀은 제 1, 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀로 지칭된다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀은 광의 다른 컬러를 방출하도록 상이한 유기 멀티 층으로 제조된다. 예컨대, 제 1 OLED 서브픽셀은 적색을 방출하고 제 2 OLED 서브픽셀은 녹색을 방출하며 제 3 OLED 서브픽셀은 청색을 방출한다.
그림 13에 도시된 광전 유닛(300)은 그림 2에 설명된 실시예와 유사하다. 그러므로 제 1 OLED 서브픽셀이 적색(40)을 방출하면, 제 1 OLED 서브픽셀 위의 제 1 광전 유닛은 그림 13에 도시된 바와 같이 적색(40)이 통과하게 하고 디스플레이 스크린(280)으로 이동하게 한다. 이와 유사하게, 제 2 및 제 3 광전지는 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀에 의해 방출된 녹색 및 청색이 통과하게 할 것이다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지도 디스플레이 스크린(280)을 통해 투과된 주변 광(20)을 흡수하며, 이는 도 2에서 유사하게 논의되었다.
다른 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀은 백색, 적색, 녹색 또는 청색과 같은 동일한 컬러를 방출하도록 제조되지만, 이들로 한정되지 않는다. 만일 제 1, 제 2 및 제 2 OLED 서브픽셀이 동일한 적색을 방출하고 있으면, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지는 적색이 통과하게 하도록 제조될 것이다. 이는 제 2 및 제 3 광전지가 그림 5에 도시된 제 1 광전지와 동일한 구조를 가짐을 의미한다.
만일 제 1, 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀이 백색을 방출하고 있으면, 그림 2에 관하여 설명된 제 1, 제 2 및 제 3 광전지의 동일한 일 원리가 적용될 것이다. 간단히, 이는 제 1 광전지가 방출된 백색광으로부터의 적색과 관련된 파장 범위를 제외하고 제 1 OLED 서브픽셀에 의해 방출된 백색광(40)을 흡수함을 의미한다. 이와 유사하게, 제 2 및 제 3 광전지는 방출된 백색광으로부터의 녹색 또는 청색과 관련된 파장 범위를 제외하고 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀에 의해 방출된 백색광을 흡수한다.
일 실시예에서, 추가적인 컬러 필터는 제 1, 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀 위에 있다. 추가적인 컬러 필터는 디스플레이 장치(500)가 더 나은 색 순도를 획득하게 할 것이다. 디스플레이 장치(500) 내의 컬러 필터의 제조는 그림 11에 관하여 설명된 실시예와 유사할 것이므로, 본 명세서에 상세히 논의되지 않을 것이다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 OLED 서브픽셀이 백색을 방출하고 있으면 컬러 필터를 형성하는 것이 더 바람직 할 것이다.
디스플레이 장치(500)가 플라스마 디스플레이인 경우에, 층(521 내지 523)의 각각은 이온화 가스를 포함하는 플라스마 전지이다. 플라스마 전지의 각각은 플라스마 전지가 상이한 컬러를 방출할 수 있도록 상이한 컬러의 형광체 코팅을 포함한다. 플라스마 디스플레이의 논의를 위해, 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀은 제 1, 제 2 및 제 3 플라스마 서브픽셀로 지칭된다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 플라스마 서브픽셀은 상이한 컬러의 광을 방출한다. 예컨대, 제 1 플라스마 서브픽셀은 적색을 방출하고, 제 2 플라스마 서브픽셀은 녹색을 방출하며, 제 3 플라스마 서브픽셀은 청색을 방출한다. 이와 유사하게, 제 1 광전지는 제 1 플라스마 서브픽셀에 의해 방출된 적색이 통과하게 하고 디스플레이 스크린(280)으로 이동하게 한다. 이와 동시에, 제 1 광전지는 디스플레이 스크린(280)을 통해 투과된 주변 광을 흡수한다. 이와 유사하게, 제 2 및 제 3 광전지는 각각 제 2 및 제 3 플라스마 서브픽셀에 의해 방출된 녹색 및 청색이 통과하게 할 것이다.
디스플레이 장치(500)가 EPD 디스플레이인 경우에, 층(521 내지 523)의 각각은 착색/유색 극미립자를 포함하는 복수의 마이크로캡슐을 포함한다. 마이크로캡슐은 극미립자 상에 입사하는 광이 반사되거나 흡수되도록 각각 상이한 컬러의 극미립자로 제조된다. 일 실시예에서, 마이크로캡슐의 각각은 반대 전하를 가진 백색 및 흑색 색소 극미립자를 포함한다. 일 실시예에서, 마이크로캡슐은 상부 전극과 하부 전극 사이에 있는데, 상부 및 하부 전극은 인가된 전압에 기초하여 마이크로캡슐 내의 극미립자의 움직임을 제어한다. 이 경우에, 상부 및 하부 전극은 그림 13에 도시된 공통 전극(261/262/263) 및 픽셀 전극(251/252/253)일 것이다. 만일 백색 색소 극미립자가 공통 전극(261 내지 263) 쪽으로 끌리면, 백색 색소 극미립자 상에 입사하는 어떠한 광도 반사된다. 반면에, 흑색 색소 극미립자가 공통 전극(261 내지 263) 쪽으로 끌리면, 흑색 색소 극미립자 상에 입사하는 어떠한 광도 흡수된다. EPD 디스플레이가 백색 및 흑색 방식을 사용하더라도, 컬러 이미지를 디스플레이하기 위해 컬러 필터가 마이크로캡슐 위에 구현될 수 있다. EPD 디스플레이의 논의를 위해 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀은 제 1, 제 2 및 제 3 EPD 서브픽셀로 지칭된다.
EPD 디스플레이의 작동 동안에, 주변 광은 디스플레이 스크린(280)을 통해 이동하고, 제 1, 제 2 및 제 3 광전지에 의해 흡수된다. 제 1 광전지가 적색에 투명하므로, 주변 광으로부터의 적색과 관련된 파장 범위가 제 1 EPD 서브픽셀로 투과되게 한다. 만일 백색 색소 극미립자가 공통 전극(261)에 끌리면, 제 1 EPD 서브픽셀 상에 입사하는 광은 제 1 광전지로 다시 반사되어, 적색만이 제 1 광전지를 통과하고 디스플레이 스크린(280)으로 투과된다. 제 1 광전지 및 제 1 EPD 서브픽셀의 동일한 일 원리가 제 2 및 제 3 광전지 및 서브픽셀에 적용된다.
일 실시예에서, 추가적인 컬러 필터가 제 1, 제 2 및 제 3 EPD 서브픽셀 위에 있다. 컬러 필터의 제조는 그림 11에 관하여 설명된 실시예와 유사할 것이므로, 본 명세서에서 상세히 설명되지 않을 것이다. 일 실시예에서, 디스플레이 장치(500)는 광 검출 및 터치 스크린 능력도 제공할 수 있다. 예컨대, 디스플레이 장치(500)는 LCD 장치(200)를 대체함으로써 그림 12에 도시된 시스템(400)으로 구현될 수 있다. 제어기 모듈(410) 및 전원(420)의 동작은 그림 12에 설명된 실시예와 유사하므로 본 명세서에서 논의되지 않을 것이다.
본 발명의 몇몇 실시예가 설명되었다. 그러나 당업자는 본 발명이 설명된 실시예로 제한되는 것이 아니라 후속하는 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 변경 및 수정이 실시될 수 있음을 알 것이다.