KR20160125694A - 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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강영모
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Abstract

본 발명은 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 디스플레이 패널은, 제1기판과; 제1기판에 마주하게 배치되는 제2기판과; 제1기판과 제2기판 사이에 충진되는 액정층과; 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나에 마련되며, 액정층의 광학적 이방성을 보상하도록 결정되는, 제1방향의 제1파라미터 및 제1방향과 직교하는 제2방향의 제2파라미터를 각각 가지는 직교 격자 패턴을 포함하는 위상차 보상층을 포함할 수 있다. 이에 의하여, 기존의 시야각 보상 필름을 대체하고, 패턴 설계에 의해 액정의 일축성 및 이축성 이방성을 모두 보상할 수 있으므로, 생산성이 향상되고 비용이 절감될 수 있다.

Description

디스플레이 패널 및 디스플레이 장치{DISPLAY PANEL AND DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시야각 특성을 향상시킨 디스플레이 패널 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 영상을 표시하는 디스플레이 패널을 구비하여 방송신호 또는 다양한 포맷의 영상신호/영상데이터를 표시할 수 있는 장치로서, 텔레비전(TV), 모니터 등으로 구현된다. 이러한 디스플레이 패널은 그 특성에 따라서 액정 패널, 플라즈마 패널 등과 같은 다양한 구성 형식으로 구현되어 각종 디스플레이 장치에 적용되고 있다. 여기서, 패널 자체적으로 광을 생성할 수 없는 액정 패널이 디스플레이 패널로 적용되는 경우, 디스플레이 장치에는 광을 생성하여 디스플레이 패널에 공급하는 백라이트 유닛이 마련된다.
백라이트 유닛으로부터 출력되는 광이 굴절률 이방성을 갖는 액정층을 통과하는 경우, 광이 입사되는 각도에 따라 위상차(retardation)가 발생할 수 있다. 즉, 영상을 보는 위치에 따라, 광의 투과 굴절률에 따른 광의 위상차가 생기게 되며, 예를 들어 측면에서 영상을 볼 때 광의 양과 파장 특성이 정면에서와 다르게 나타나는 빛샘 현상이 발생되는 경우가 있다.
이에 따라, 디스플레이 장치에서 시야각에 따른 대비비(contrast ratio)의 변화, 그레이스케일(gray scale) 반전 현상, 색상 변이(color shift) 등에 의하여 시인성이 떨어질 수 있으므로, 패널의 시야각을 확보하는 구조는 액정 방식의 디스플레이 패널에서 주요한 이슈가 될 수 있다.
본 발명 일실시예에 따른 디스플레이 패널은, 제1기판과; 제1기판에 마주하게 배치되는 제2기판과; 제1기판과 제2기판 사이에 충진되는 액정층과; 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나에 마련되며, 액정층의 광학적 이방성을 보상하도록 결정되는, 제1방향의 제1파라미터 및 제1방향과 직교하는 제2방향의 제2파라미터를 각각 가지는 직교 격자 패턴을 포함하는 위상차 보상층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 광학적 위상차를 보상해 주는 구조를 패널 내부에 마련하여, 기존의 시야각 보상 필름을 대체할 수 있다.
위상차 보상층은, 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나와 액정층 사이에 개재될 수 있다. 이에, 반도체 공정 과정에서 간편하게 시야각 보상을 위한 격자 패턴을 형성할 수 있다.
위상차 보상층은, 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 직교 격자 패턴에 의해 광학적 이방성을 보상할 수 있다.
위상차 보상층은 제1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성된 직교 격자 패턴에 의해 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 의 굴절률 특성을 가지는 액정층의 이축성(biaxial) 이방성을 보상할 수 있다. 이에, 이축성 이방성을 보상하기 위해 기존처럼 복수의 시야각 보상 필름을 적층하여 사용할 필요가 없다.
위상차 보상층은, 액정층을 통과하는 광의 진행방향과 평행하게 돌출되고, 광의 진행방향에 직교하는 소정 평면의 제1방향 및 제2방향을 따라서 각각 연장되는 직교 격자 패턴이 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 배치된 구조를 포함할 수 있다. 이에, 다양한 특성의 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하다.
직교 격자 패턴은, 돌출 방향으로 기설정된 높이를 가지며, 제1방향 및 제2방향 각각에 대하여 제1폭 및 제2폭을 가지고, 제1방향 및 제2방향 각각에 대하여 제1피치 및 제2피치를 가지고 주기적으로 배열될 수 있다. 이에, 직교 격자 패턴의 양산화를 통해 생산성 향상을 도모할 수 있다.
직교 격자 패턴은, 제1폭에 대응하는 제1파라미터, 제2폭에 대응하는 제2파라미터, 제1피치에 대응하는 제3파라미터, 제2피치에 대응하는 제4파라미터, 및 높이에 대응하는 제5파라미터에 각각 대응하는 값들을 결정하여 설계될 수 있다. 이에, 각 파라미터 값들을 설정하여 다양한 광학적 보상 설계가 가능하다.
제3파라미터와 제4파라미터는 400nm 보다 작은 값을 가질 수 있다. 이에, 빛의 회절 현상 및 모아레 현상을 방지할 수 있다.
액정층을 통과하는 조사광을 편광 필터링하는 제1편광층과 제2편광층을 더 포함하며, 위상차 보상층은 제1편광층 및 제2편광층 사이에 위치될 수 있다. 이에, 편광층을 가지는 패널에서도 직교 격자 패턴을 이용한 시야각 보상 설계가 가능하다.
제1편광층은 제1기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하며, 제2편광층은 제2기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하며, 위상차 보상층은 제1편광층과 액정층 사이 또는 제2편광층과 액정층 사이에 개재될 수 있다. 이에, 선형 격자 구조의 편광층에도 추가적으로 직교 격자 패턴을 이용한 시야각 보상 설계를 할 수 있다.
위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며, 제1위상차 보상층은 제1기판의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함하며, 제2위상차 보상층은 제2기판의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함할 수 있다. 이에, 다양한 패턴의 조합에 의한 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하다.
위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며, 제1위상차 보상층은 제1기판과 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함하며, 제2위상차 보상층은 제1위상차 보상층에 연속적으로 적층되게 형성될 수 있다. 이에, 다양한 특성의 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하므로, 패널 생산 과정에서의 적응성이 향상된다.
한편, 본 발명 일실시예에 따른 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널과; 디스플레이 패널 상에 영상이 표시되도록 광을 공급하는 백라이트유닛을 포함하고, 디스플레이 패널은, 제1기판과; 제1기판에 마주하게 배치되는 제2기판과; 제1기판과 제2기판 사이에 충진되는 액정층과; 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나에 마련되며, 액정층의 광학적 이방성을 보상하도록 결정되는, 제1방향의 제1파라미터 및 제1방향과 직교하는 제2방향의 제2파라미터를 각각 가지 이에 따라, 광학적 위상차를 보상해 주는 구조를 패널 내부에 마련하여, 기존의 시야각 보상 필름을 대체할 수 있다.는 직교 격자 패턴을 포함하는 위상차 보상층을 포함할 수 있다.
위상차 보상층은, 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나와 액정층 사이에 개재될 수 있다. 이에, 반도체 공정 과정에서 간편하게 시야각 보상을 위한 격자 패턴을 형성할 수 있다.
위상차 보상층은, 제1기판 및 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함할 수 있다. 이러한 직교 격자 패턴에 의해 광학적 이방성을 보상할 수 있다.
위상차 보상층은 제1기판 및 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성된 직교 격자 패턴에 의해 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 의 굴절률 특성을 가지는 액정층의 이축성(biaxial) 이방성을 보상할 수 있다. 이에, 이축성 이방성을 보상하기 위해 기존처럼 복수의 시야각 보상 필름을 적층하여 사용할 필요가 없다.
위상차 보상층은, 액정층을 통과하는 광의 진행방향과 평행하게 돌출되고, 광의 진행방향에 직교하는 소정 평면의 제1방향 및 제2방향을 따라서 각각 연장되는 직교 격자 패턴이 제1기판과 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 배치된 구조를 포함할 수 있다. 이에, 다양한 특성의 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하다.
직교 격자 패턴은, 돌출 방향으로 기설정된 높이를 가지며, 제1방향 및 제2방향 각각에 대하여 제1폭 및 제2폭을 가지고, 제1방향 및 제2방향 각각에 대하여 제1피치 및 제2피치를 가지고 주기적으로 배열될 수 있다. 이에, 직교 격자 패턴의 양산화를 통해 생산성 향상을 도모할 수 있다.
직교 격자 패턴은, 제1폭에 대응하는 제1파라미터, 제2폭에 대응하는 제2파라미터, 제1피치에 대응하는 제3파라미터, 제2피치에 대응하는 제4파라미터, 및 높이에 대응하는 제5파라미터에 각각 대응하는 값들을 결정하여 설계될 수 있다. 이에, 각 파라미터 값들을 설정하여 다양한 광학적 보상 설계가 가능하다.
제3파라미터와 제4파라미터는 400nm 보다 작은 값을 가질 수 있다. 이에, 빛의 회절 현상 및 모아레 현상을 방지할 수 있다.
액정층을 통과하는 조사광을 편광 필터링하는 제1편광층과 제2편광층을 더 포함하며, 위상차 보상층은 제1편광층 및 제2편광층 사이에 위치될 수 있다. 이에, 편광층을 가지는 패널에서도 직교 격자 패턴을 이용한 시야각 보상 설계가 가능하다.
제1편광층은 제1기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하며, 제2편광층은 제2기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하며, 위상차 보상층은 제1편광층과 액정층 사이 또는 제2편광층과 액정층 사이에 개재될 수 있다. 이에, 선형 격자 구조의 편광층에도 추가적으로 직교 격자 패턴을 이용한 시야각 보상 설계를 할 수 있다.
위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며, 제1위상차 보상층은 제1기판의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함하며, 제2위상차 보상층은 제2기판의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함할 수 있다. 이에, 다양한 패턴의 조합에 의한 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하다.
위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며, 제1위상차 보상층은 제1기판과 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성되는 직교 격자 패턴을 포함하며, 제2위상차 보상층은 제1위상차 보상층에 연속적으로 적층되게 형성될 수 있다. 이에, 다양한 특성의 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하므로, 패널 생산 과정에서의 적응성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치에 대한 분해 사시도이며,
도 2는 디스플레이 패널의 각 구성요소들의 적층 형태를 나타내는 단면도이며,
도 3 내지 도 5는 본 발명 실시예에 따라 위상차 보상층으로서 패턴이 형성된 예들을 도시한 도면이며,
도 6 내지 도 10은 본 발명 실시예들에 따른 디스플레이 패널의 각 구성요소들의 적층 형태를 나타내는 단면도들이며,
도 11은 본 발명 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성 블록도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다. 또한, 실시예에서 “포함하다” 또는 “가지다”와 같은 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재함을 지정하기 위한 것이며, 하나 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하거나 부가되는 가능성을 배제하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치(1)에 대한 분해 사시도이다. 본 실시예에서는 액정 방식의 디스플레이 패널(30)을 포함하는 디스플레이 장치(1)에 관해 설명하지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며 OLED와 같은 자발광 구조의 디스플레이 패널에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(1)는 외부로부터 수신되는 영상신호를 처리하고, 처리된 영상을 자체적으로 표시할 수 있는 장치이다. 본 실시예에서는 하나의 구현 예시로서 디스플레이 장치(1)가 텔레비전(TV)인 것으로 나타내고 있다. 그러나, 이러한 디스플레이 장치(1)는 TV, 모니터, 휴대용 멀티미디어 플레이어, 모바일 폰 등 다양한 방식으로 구현될 수 있는 바, 영상을 표시하는 디스플레이 패널(30)을 포함하는 구성이라면 그 구현 방식이 한정되지 않는다.
디스플레이 장치(1)는 내부에 수용공간을 형성하는 커버프레임(10, 20)과, 커버프레임(10, 20)에 의한 수용공간에 수용되며 영상이 상방 판면 상에 표시되는 디스플레이 패널(30)과, 디스플레이 패널(30)을 구동시키는 패널구동부(40)와, 커버프레임(10, 20)에 의한 수용공간 내에서 디스플레이 패널(30)의 하방 판면과 마주하게 배치되며 디스플레이 패널(30)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(50)을 포함한다.
우선, 도 1에 나타난 각 방향에 대해 설명한다. X, Y, Z 방향은 기본적으로 도면 상에서 디스플레이 패널(30)의 가로, 세로, 법선 방향을 각각 나타낸다. 본 도면에서 디스플레이 패널(30)은 X 방향의 축 및 Y 방향의 축에 의해 형성되는 평면인 X-Y 평면에 평행하게 배치되며, 커버프레임(10, 20), 디스플레이 패널(30) 및 백라이트 유닛(50)은 Z 방향 축선을 따라서 적층되게 배치된다. 따라서, Z 축은 디스플레이 장치(1)의 화면에 수직인 방향으로 설정되며, X 축과 Y 축은 화면 상의 임의의 방향으로 정의한다. X, Y, Z 방향의 반대방향은 각각 -X, -Y, -Z 방향으로 나타낸다.
또한, 별도의 언급이 없는 한, “상측/상방”의 의미는 Z 방향을, “하측/하방”의 의미는 -Z 방향을 의미한다. 예를 들면, 백라이트 유닛(50)은 디스플레이 패널(30)의 하측에 배치되며, 백라이트 유닛(50)으로부터 조사되는 조사광은 디스플레이 패널(30)의 하측 판면으로 입사되며 디스플레이 패널(30)의 상측 판면으로부터 출사된다.
커버프레임(10, 20)은 디스플레이 장치(1)의 외형을 형성하며, 내부에 수용된 디스플레이 패널(30) 및 백라이트 유닛(50)을 지지한다. 도면 상에서 디스플레이 패널(30)을 기준으로 Z 방향을 상방 또는 전방, -Z 방향을 하방 또는 후방이라고 하면, 커버프레임(10, 20)은 디스플레이 패널(30)의 전방을 지지하는 전방커버(10)와, 백라이트 유닛(50)의 후방을 지지하는 후방커버(20)를 포함한다. 전방커버(10)는 X-Y 평면과 평행한 판면 상에, 디스플레이 패널(30)의 영상표시영역을 외부로 노출시키는 개구부를 가진다.
디스플레이 패널(30)은 액정 방식으로서, 두 개의 기판(도 2의 110, 120) 사이에 액정층(도 2의 130)이 충진되며, 구동신호의 인가에 따라서 액정층(130의 배열이 조정됨으로써 판면 상에 영상이 표시된다. 디스플레이 패널(30)은 독자적으로 발광하지 않으며, 판면 상의 영상표시영역에 영상을 표시하기 위하여 백라이트 유닛(50)으로부터 광을 제공받는다.
패널구동부(40)는 액정층(130)의 구동을 위한 구동신호를 디스플레이 패널(30)에 인가한다. 패널구동부(40)는 게이트 구동 IC(integrated circuit)(41), 데이터 칩 필름 패키지(43), 인쇄회로기판(45)을 포함한다.
게이트 구동 IC(41)는 디스플레이 패널(30)의 기판(미도시) 상에 집적 설치되며, 디스플레이 패널(30)의 각 게이트(gate) 라인(미도시)에 접속된다. 데이터 칩 필름 패키지(43)는 디스플레이 패널(30)에 형성된 각 데이터(data) 라인(미도시)에 접속된다. 여기서, 데이터 칩 필름 패키지(43)는 반도체 칩이 베이스 필름 상에 형성된 배선 패턴과 탭(TAB, Tape Automated Bonding) 기술에 의해 접합된 탭 테이프(TAB tape)를 포함할 수 있다. 이러한 칩 필름 패키지로는 예를 들어 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package, TCP) 또는 칩 온 필름(Chip On Film, COF) 등이 사용될 수 있다. 한편, 인쇄회로기판(45)은 게이트 구동 IC(41)에 게이트 구동 신호를 입력하고, 데이터 칩 필름 패키지(43)에 데이터 구동 신호를 입력한다.
패널구동부(40)는 이러한 구성으로 디스플레이 패널(30)의 각 게이트 라인(미도시) 및 각 데이터 라인(미도시)에 구동신호를 각각 입력함으로써 픽셀 단위로 디스플레이 패널(30)의 액정층(미도시)을 구동시킨다.
백라이트 유닛(50)은 디스플레이 패널(30)의 하판면에 조사광을 공급하도록 디스플레이 패널(30)의 -Z 방향에 배치된다. 백라이트 유닛(50)은 디스플레이 패널(30)의 모서리 영역에 배치된 광원부(51)와, 디스플레이 패널(30)의 하측판면을 마주하도록 디스플레이 패널(30)에 평행하게 배치된 도광판(53)과, 도광판(53)의 하판면과 마주하게 도광판(53)의 하측에 배치된 반사판(55)과, 디스플레이 패널(30) 및 도광판(53) 사이에 개재된 하나 이상의 광학시트(57)를 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 광원부(51)가 도광판(53)의 모서리에 배치되고, 광원부(51)의 광조사방향 및 도광판(53)의 광출사방향이 상호 직교하는 에지형 구조의 백라이트 유닛(50)의 구성에 관해 표현하고 있다. 그러나, 백라이트 유닛(50)의 구현 방식은 본 실시예에 한정되지 않고 다양하게 설계변경이 가능한 사항인 바, 예를 들면 백라이트 유닛(50)은 직하형 구조, 예를 들면 광원부(51)가 도광판(53)의 하측에 배치되고 광원부(51)의 광조사방향 및 도광판(53)의 광출사방향이 평행한 구조로 구현될 수도 있다.
광원부(51)는 광을 생성하며, 생성한 광을 도광판(53)에 입사되게 조사한다. 광원부(51)는 디스플레이 패널(30)의 판면, 즉 X-Y 평면에 대해 기립하게 설치되며, 디스플레이 패널(30) 또는 도광판(53)의 4방향 모서리 중 하나 이상을 따라서 배치된다. 광원부(51)는 X 방향을 따라서 연장된 모듈기판(미도시) 상에 발광 다이오드(LED; light-emitting diode) 등으로 구현된 발광소자(미도시)가 순차적으로 배치된 LED 어레이로써 구현된다. 본 실시예에서 광원부(51)의 발광소자는 LED 뿐 아니라, 냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescence Lamp) 또는 열음극 형광램프(HCFL; Hot Cathode Fluorescence Lamp) 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
도광판(53)은 아크릴 사출물 등으로 구현된 플라스틱 렌즈로서, 광원부(51)로부터 입사되는 광을 디스플레이 패널(30)의 전체 영상표시영역에 대해 균일하게 안내한다. 도광판(53)은 -Z 방향의 판면인 하판면이 반사판(55)과 마주하고, 상판면 및 하판면 사이에 형성된 도광판(53)의 4방향의 네 측벽 중에서 Y 방향 및 -Y 방향의 측벽이 광원부(51)와 마주한다. 광원부(51)로부터의 조사광은 이러한 도광판(53)의 Y 방향 및 -Y 방향의 측벽으로 입사된다.
도광판(53)은 도광판(53) 내를 전파하는 광을 난반사시키거나 또는 광의 진행방향을 변환시키는 다양한 광학패턴(미도시)이 하판면 상에 형성되는 바, 이에 의하여 도광판(53)으로부터 출사되는 광의 분포를 균일하게 할 수 있다.
반사판(55)은 도광판(53)의 하측에서, 도광판(53) 내측에서 외측으로 나오는 광을 다시 도광판(53) 내로 입사하도록 반사시킨다. 반사판(55)은 도광판(53)의 하판면에 형성된 광학패턴에 의해 반사되지 않은 광을 다시 도광판(53) 내로 반사시킨다. 이를 위하여, 반사판(55)의 상판면은 전반사 특성을 가진다.
광학시트(57)는 하나 이상이 도광판(53) 상부에 적층됨으로써 도광판(53)으로부터 출사되는 광의 광특성을 조정한다. 광학시트(57)는 확산시트, 프리즘시트, 보호시트, DBEF(Dual Brightness Enhancement Film) 등을 포함할 수 있으며, 조절하고자 하는 광특성의 최종 결과를 고려하여 둘 이상의 종류의 시트가 조합되어 적층될 수 있다.
도 2는 디스플레이 패널(100)의 각 구성요소들의 적층 형태를 나타내는 단면도이다. 본 도면의 디스플레이 패널(100)은 앞선 도 1의 디스플레이 패널(30)과 실질적으로 동일한 구성으로서, 도 1의 디스플레이 장치(1)에 적용할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛(50, 도 1 참조)으로부터 Z 방향으로 조사되는 조사광(L)은 디스플레이 패널(100)로 입사되며, 디스플레이 패널(100)을 구성하는 여러 구성요소들을 통과하여 Z 방향으로 출사된다(L).
이하 설명에서 상부/상측 및 하부/하측의 표현은, 조사광(L)의 진행방향인 Z 방향을 따라서 상대적인 배치 또는 적층 관계를 나타내기 위함임을 밝힌다.
디스플레이 패널(100)은 제1기판(110)(이하, 상부기판 이라고도 한다)과, 제1기판(110)에 마주하게 배치된 제2기판(120)(이하, 하부기판 이라고도 한다)과, 제1기판(110) 및 제2기판(120) 사이에 충진된 액정층(130)을 포함한다.
본 실시예의 디스플레이 패널(100)은 액정층(130)과 제1기판(110) 및 제2기판(120) 중 적어도 하나 사이에 개재된 위상보상층(160)을 더 포함한다. 도 2에 도시된 본 발명 실시예는 액정층(130)과 상부기판(110)의 사이에 위상보상층(160)이 마련된 것을 예로 들어서 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 디스플레이 패널(100)에서 제1기판(110)의 상부에는 제1편광층(150)(이하, 상부편광층)이 적층되고, 제2기판(120)의 하부에는 제2편광층(140)(이하, 하부편광층 이라고도 한다)이 적층될 수 있다.
도 2에서는 디스플레이 패널(100)의 상부 및 하부에 각각 상부편광층(150) 및 하부편광층(140)이 적층되는 경우를 예로 들어 도시하였지만, 어떤 LCD로 구현된 디스플레이 장치(1)에서는 편광층들이 필요하지 않거나, 어느 하나의 편광층이 디스플레이 패널(100)의 어느 하나의 표면에 위치할 수 있다. 즉, 본 발명의 디스플레이 패널(100)에서 편광층은 필수 구성요소가 아님을 밝힌다.
상기와 같은 디스플레이 패널(100)은 다양한 패널 구조 중 하나에 불과하며 설계 방식에 따라서 다양한 형태의 패널 구조가 적용될 수 있으므로, 본 실시예가 디스플레이 패널(100)의 구조를 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는 디스플레이 패널(100)의 각 구성요소들 중에서 대표적인 것들만을 개략적으로 나타낸 것으로서, 실제 디스플레이 패널(100)의 구조는 보다 복잡하고 또한 본 실시예에 설명되지 않은 추가적인 구성요소가 적용된다. 다만, 본 실시예에서는 본 발명의 사상에 직접적인 관련이 있는 디스플레이 패널(100)의 기본적인 구조에 관해서만 설명하며, 직접적인 관련이 없는 세부 구조에 관한 설명은 생략한다.
이하, 디스플레이 패널(100)의 각 구성요소들에 관해 구체적으로 설명한다.
상부기판(110) 및 하부기판(120)은 광의 진행방향을 따라서 소정 간격을 두고 상호 마주하도록 배치된 투명한 기판이다. 재질 상의 측면에서, 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 글래스(glass) 재질 또는 플라스틱 재질의 기판으로 구현된다. 예를 들어 플라스틱 기판이 적용되는 경우에, 상부기판(110) 및 하부기판(120)은 PC(poly-carbonate), PI (poly-imide), PES (poly-ethersulphone), PAR (poly-acrylate), PEN (poly-ethylene-naphthelate), PET (poly-ethylene-terephehalate) 등의 재질이 적용될 수 있다.
상부기판(110) 및 하부기판(120)은 액정층(130)의 구동방식에 따라서 기 설정된 특성이 요구될 수 있다. 예를 들면, 액정층(130)의 구동방식이 수동행렬(passive matrix) 방식이면 soda lime glass가 사용되고, 능동행렬(active matrix)의 경우에는 alkali free glass와 borosilicate glass가 사용될 수 있다.
하부기판(120)은 신호선들(미도시), 신호선들과 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터(미도시) 및 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소전극(미도시)을 포함한다. 화소전극은 투명한 도전성 물질로 이루어지고, 신호선들로부터 전송된 데이터 전압들을 박막 트랜지스터를 통해 인가받는다.
상부기판(110)은 화소전극들과 대응되는 공통전극(미도시)을 포함한다. 공통전극은 투명한 도전성 물질로 이루어지고, 공통전압을 인가받는다.
액정층(130)은 상부기판(110) 및 하부기판(120) 사이에 위치하며, 인가되는 구동신호에 따라서 액정(131)의 배열이 변화함으로써 광투과를 조정한다. 보통의 액체는 분자의 방향과 배열에 규칙성이 없지만 액정은 어느 정도의 규칙성을 가지는 액체상(liquid phase)과 유사하다. 예를 들어 가열하여 녹이면 복굴절 등의 이방성을 나타내는 액체상이 되는 고체가 있다. 액정(131)은 복굴절이나 색의 변화와 같은 광학적 특징을 가진다. 규칙성은 결정(crystal)의 성질이고, 물질의 상은 액체(liquid)와 비슷하므로 이 두 가지 성질을 가진 물질이라는 뜻에서 액정(liquid crystal)이라고 부른다. 이러한 액정(131)에 전압이 인가되면 분자의 배열이 변화하며, 이로써 광학적 성질이 달라진다.
액정층(130)의 액정(131)은 분자 배열에 따라 네마틱(nematic), 콜레스테릭(cholesteric), 스멕틱(smectice), 강유전성 액정으로 분류될 수 있다.
액정층(130)은 액정(131)의 구동 방식에 따라서 TN(Twisted Nematic) 모드, STN(Super Twisted Nematic) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, VA(Vertical Alignment, 수직 배향) 모드 등으로 분류될 수 있다. 본 실시예에 따른 액정층(130)은 VA 모드인 것으로 설명하나, 설계 방식에 따라서 다른 모드로 구현될 수도 있다.
수직 배향 모드로 구동되는 경우를 예로 들면, 화소전극과 공통전극 사이에 전기장이 형성되지 않으면 액정층(130)의 액정들(131)은 하부기판(120) 표면에 수직한 방향으로 배열된다. 화소전극과 공통전극 사이에 전기장이 형성되면, 액정층(130)의 액정들(131)은 하부기판(120) 표면에 대하여 기울어지고, 전기장의 세기가 강해질수록 기울어지는 각도가 커져 궁극적으로는 하부기판(120)의 표면에 대하여 수평한 방향으로 배열된다.
하부편광층(140)은 하부기판(120)의 -Z 방향의 판면, 즉 하부기판(120)으로 조사광(L)이 입사되는 판면 상에 위치된다. 하부편광층(140)은 조사광(L) 중에서 기설정된 제1편광방향의 성분만을 투과시키고, 제1편광방향이 아닌 성분은 반사시킨다.
상부편광층(150)은 상부기판(110)의 Z 방향의 판면, 즉 상부기판(110)에서 조사광(L)이 출사되는 판면 상에 위치된다. 상부편광층(150)은 하부편광층(140), 하부기판(120), 액정층(130) 및 상부기판(110)을 통과한 조사광(L) 중에서 기설정된 제2편광방향의 성분만을 투과시키고, 제2편광방향이 아닌 성분은 반사시킨다.
여기서, 제2편광방향은 제1편광방향과 상이하며, 예를 들어 제1편광방향에 수직할 수 있다. 이는 조사광(L)이 액정층(130)을 통과함에 따라서, 조사광(L)의 편광방향이 액정층(130)에 의해 90도 회전하기 때문이다. 만일, 상부편광층(150)이 하부편광층(140)과 동일하게 제1편광방향의 광 성분을 투과시킨다면, 하부편광층(140)을 통과한 제1편광방향의 조사광은 액정층(130)을 통과함에 따라서 제2편광방향으로 조정되므로 상부편광층(150)을 통과하지 못할 것이다. 따라서, 상부편광층(150)이 투과시키는 광의 편광방향은 하부편광층(140)이 투과시키는 광의 편광방향에 대해 수직하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 하부편광층(140)은 제2방향과 평행한 제1흡수축을 가지며, 제2방향과 직교하는 제1방향과 평행한 제1투과축을 가질 수 있다. 즉, 하부편광층(140)을 투과한 광은 제1방향으로 편향될 수 있다.
상부편광층(150)은 제1방향과 평행한 제2흡수축을 가지며, 제2방향과 평행한 제2투과축을 가질 수 있다. 즉, 상부편광층(150)을 투과한 광은 제2방향으로 편향될 수 있다. 여기서, 제1방향과 제2방향은 광의 진행방향에 직교한다.
한편, 액정층(130)이 VA 모드인 경우에, 사용자가 Z 방향 축선과 마주하도록 디스플레이 패널(100)의 중심에서 디스플레이 패널(100) 상의 영상을 본다면, 사용자가 영상을 인지함에 있어서 문제가 없다. 그러나, 사용자가 Z 방향 축선에 대해 비스듬하게 디스플레이 패널(100)의 측방에서 디스플레이 패널(100) 상의 영상을 본다면, 조사광(L)이 새는 빛샘 현상이 발생할 수 있다. 이 빛샘 현상은 조사광(L)의 지연 즉, 위상차(retardation)에 의해 발생하는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 지연을 보상하기 위한 구조인 위상차 보상층(160)이 필요하게 된다.
본 실시예에서 위상차란 빛의 파동에 있어서 발생하는 위상(phase)의 차이를 말한다. 여기서 위상이란 파동이 주기적으로 반복되는 현상에 대해 어떤 시각 또는 장소에서의 변화의 국면을 가리킨다.
위상차 보상층(160)은 조사광(L)의 진행속도를 변화시킴으로써, 즉 조사광(L)의 위상을 지연시킴으로써, 조사광(L)의 편광상태를 변환시킨다. 여기서, 위상차 보상층(160)의 두께는 액정층(130)의 단위부피 내의 액정(131) 밀도에 비례하여, 액정층(130)에 의해 위상변환되는 광량의 위상차를 상쇄하도록 결정될 수 있으며, 예를 들어 20nm 내지 30nm 의 범위 내의 소정 값을 가질 수 있다.
만일 조사광(L)이 상부편광층(150)을 통과한 이후의 위치, 예를 들면 상부편광층(110)의 상부에 위상차 보상층이 배치된다면, 이미 편광 필터링된 조사광(L)에 대해 위상차 보상이 이루어지므로 빛샘 현상을 적절하게 해소할 수 없게 된다.
이에, 도 2에 도시된 위상차 보상층(160)은 상부기판(110) 및 액정층(130) 사이에 개재됨으로써, 액정층(130)을 통과한 조사광(L)이 상부편광층(150)에 의해 편광 필터링 되기 이전에 조사광(L)에 대한 위상차 보상을 수행할 수 있다.
본 발명 실시예에서는, 위상차 보상층(160)이 상부기판(110)과 하부기판(120) 사이에 위치하게 되며, 보다 구체적으로 상부기판(110) 및 하부기판(120) 중 적어도 하나의 일면에 형성되는 나노 패턴(nano pattern)으로 구현될 수 있다.
이하에서는, 상기와 같은 위상차 보상층(160)의 구체적인 구성에 관해 설명한다.
LCD와 같은 디스플레이 패널(100)에서는 액정(LC; Liquid Crystal)(131)으로 인한 위상차가 발생하며, 이로 인해 정면이 아닌 측면에서 바라봤을 때 Red (R), Green (G), Blue (B) 색의 광량 변화에 따른 색 변화 등이 야기된다. 이를 바로잡기 위한 것이 위상차 보상층(160)이며, 광학 보상층 또는 시야각 보상층 이라고도 한다.
위상차는 액정(131)의 특성인 복굴절률(birefringence)에 의해 발생되는 것으로, 빛의 파동의 방향에 따라 굴절률이 달라지는 현상을 말한다. 광의 X축 방향 성분에 대한 굴절률을 nx, 광의 Y축 방향 성분에 대한 굴절률을 ny, 광의 Z축 방향 성분에 대한 굴절률을 nz 라고 할 때, 위상차가 발생하는 것은 수학적으로 nx = ny = nz 를 만족하지 않는 경우에 해당한다.
도 2에 도시된 바와 같은, 본 발명 일실시예의 디스플레이 패널(100)에서 백라이트 유닛(50)으로부터 조사된 광(L)은 Z 방향으로 진행하며, 액정층(130)의 상부에 위상차 보상층(160)이 배치된다.
여기서, 액정층(130)을 형성하는 액정(131)은 액정 분자를 공간 좌표축 상에 놓았을 때에 Z축 방향과 X-Y 평면 방향의 굴절률이 다른 복굴절 매질이라는 특성을 가진다. Z축 방향의 굴절률을 n(e), X-Y 평면 방향의 굴절률을 n(o)라고 할 때, n(e)>n(o)의 관계가 형성될 수 있다.
상차 변환 특성은 광축방향을 기준으로, 광축이 Z 방향 축선에 평행한 C-플레이트(plate) 방식과, 광축이 X-Y 평면 축선에 평행한 A-플레이트 방식이 있다. C-플레이트 방식은 nx = ny ≠ nz이고, A-플레이트 방식은 nx ≠ ny = nz 를 만족한다.
C-플레이트 방식은 포지티브 C-플레이트(positive C-plate)(+C 플레이트 라고도 한다) 방식 및 네거티브 C-플레이트(negative C-plate)(-C 플레이트 라고도 한다) 방식으로 구분할 수 있으며, A-플레이트 방식은 포지티브 A-플레이트(positive A-plate)(+A 플레이트 라고도 한다) 방식 및 네거티브 A-플레이트 방식(negative A-plate)(-A 플레이트 라고도 한다)으로 구분할 수 있다.
굴절률 측면에서 보면, 포지티브 C-플레이트 방식은 nx = ny < nz를 만족하고, 네거티브 C-플레이트 방식은 nx = ny > nz를 만족한다. 따라서, 광의 위상차 변환량이 동일하다고 할 때, 포지티브 C-플레이트 방식 및 네거티브 C-플레이트 방식은 상호간을 상쇄시킨다.
이것은 포지티브 A-플레이트 방식 및 네거티브 A-플레이트 방식의 경우도 유사하게 적용할 수 있다. 즉, 포지티브 A-플레이트 방식은 nx > ny = nz 를 만족하고, 네거티브 A-플레이트 방식은 nx < ny = nz 를 만족한다.
한편, A-플레이트를 변형시킨 방식으로서, A-플레이트의 광축방향을 90도 틸트(tilt)시킨 방식도 가능하다. 광축방향이 90도 틸트된 포지티브 A-플레이트 방식은 nx = nz < ny를 만족하며, 광축방향이 90도 틸트된 네거티브 A-플레이트 방식은 nx = nz > ny를 만족한다.
액정층(130)은 구동모드에 따라서 상기한 위상차 변환 특성들 중 어느 하나의 특성을 가질 수 있다.
예를 들어, 액정층(130)이 VA 모드인 경우에, 액정층(130)의 액정(131)은 전압이 인가되지 않을 때에는 Z 축에 평행하게 직립한 상태를 취함으로써 블랙 영상을 표시한다. 반면, 액정(131)은 전압이 인가되면 Z 축에 대해 기울어짐으로써 화이트 영상을 표시한다. 이에 따라서, VA 모드인 액정층(130)은 포지티브 C-플레이트 특성을 가질 수 있다.
위상차 보상층(160)은 액정층(130)에 의한 위상지연을 상쇄하여야 한다. 이에, 위상차 보상층(160)은 액정층(130)의 위상차 변환 방식에 대비되는 음의 위상차를 가지도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 액정층(130)의 위상차 변환 방식이 포지티브 C-플레이트 방식이면, 위상차 보상층(160)은 포지티브 C-플레이트 방식에 대비되는 음의 위상차를 가지는 네거티브 C-플레이트 방식을 가진다. 즉, 포지티브 C-플레이트 방식의 액정층(130)에 대해, 네거티브 C-플레이트 방식의 위상차 보상층(160)에 의한 위상 지연의 상쇄가 발생하는 바, 광의 보상이 수행된다.
상기와 같이 위상차 변환 특성이 nx = ny ≠ nz 또는 nx ≠ ny = nz 를 만족하는 경우, 한 방향으로 이방성을 가지게 되므로 일축성 이방성(uniaxial anisotropy)이라고 한다.
액정층(130)의 일축성 이방성에 대하여는 위에서 설명한 바와 같이 그 특성에 따라 C-플레이트 방식과 A-플레이트 방식 중 대응되는 어느 하나의 특성을 만족하는 위상차 보상층(160)에 의해 위상 지연을 상쇄할 수 있다.
이에 반해, 위상차 변환 특성이 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 와 같이 세 방향 모두에 따른 이방성을 가지는 경우를 이축성 이방성(biaxial anisotropy)라고 한다.
일반적으로 디스플레이 패널에서는 상기와 같은 이축성 이방성에 따른 위상 지연을 상쇄하기 위해 복수의 필름을 적층하여 사용한다. 예를 들어, nx > nz > ny 조건을 만족하기 위해서는 nx > ny = nz 의 특성을 가지는 필름 (포지티브 A-플레이트 방식)과 nx = nz > ny 의 특성을 가지는 필름(90도 틸트된 네거티브 A-플레이트 방식)에 각각 대응하는 2층의 필름의 조합을 이용할 수 있다.
반면, 본 발명 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 상부기판(110)과 하부기판(120) 중 어느 하나의 일면에 광의 진행방향에 평행한 Z방향(+Z 방향 또는 -Z 방향)으로 돌출된 패턴(이하, 나노 패턴 이라고도 한다)을 형성함으로써 위상차 보상층(160)이 구성되도록 한다. 본 실시예에서는 이렇게 형성된 나노 패턴에 의해 일축성 이방성뿐 아니라 이축성 이방성까지 한번에 보상 가능하다.
도 3 내지 도 5는 본 발명 실시예에 따라 위상차 보상층으로서 패턴이 형성된 예들을 도시한 도면이다. 도 4는 도 3을 상부에서 바라본 평면도에 해당한다.
본 실시예에서는 나노 패터닝 방식을 이용하여 셀(cell) 내부에 유전체층을 설계하여, 기존의 광학 보상층 필름을 대체한다.
구체적으로, 위상차 보상층(160)은 상부기판(110)의 하면에 투명한 유전체층을 적층하고, 유전체층을 나노 패터닝하여 빛의 파동 방향에 따라 다른 굴절률을 가지도록 설계된다. 여기서, 유전체는 재질 측면에서 보면 실리콘다이옥시드(silicon dioxide)(이하, 실리카(silica) 또는 이산화규소(SiO2) 라고도 한다), 실리콘나이트라이드(silicon nitride, SiNx)(이하, 질화규소 라고도 한다)와 같은 가시광선에서 투명한 박막을 이용할 수 있다. 또한, 나노 패너닝에 의한 빈 공간은 공기(air) 또는 반도체 공정에서 사용되는 오버코트(overcoat) 등으로 채워질 수 있다. 물론, 이와 같은 재질은 한정된 것이 아니며, 다양한 재질이 적용될 수 있다.
유전체의 광학적 굴절률은 n1 이고, 빈 공간을 채우는 물질의 굴절률은 n2 가 된다. 본 명세서에서는 특별히 언급하지 않는 이상, n1 > n2 인 것으로 가정한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 위상차 보상층(160)은 광의 진행방향과 평행한 제3방향을 향해 돌출되고, 광의 진행방향에 직교하는 소정 평면상의 제1방향 및 제1방향을 따라서 각각 연장되는 평면 격자, 보다 구체적으로는, 직교 격자 패턴이 상부기판(110)과 하부기판(120) 중 어느 하나의 일면에 배치된 구조를 포함한다. 본 실시예에서 x축 방향은 제1방향과 평행하고, y축 방향은 제2방향과 평행하며, z축 방향은 제3 방향과 평행할 수 있다.
도 3은 직교 격자 패턴이 상부기판(110)의 하면에 형성된 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 직교 격자는 X 방향 및 Y 방향 각각에 대하여 기설정된 폭(width)(Wx, Wy)을 가진다. 또한, 직교 격자는 -Z 방향으로 기설정된 높이(height)(H)를 가지도록 구성된다. 이러한 직교 격자는 도 3 및 도 4과 같이, X 방향 및 Y 방향 각각에 대하여 기설정된 피치(pitch)(Px, Py)(또는, 사이클(cycle))를 가지고 주기적으로 배열된다.
본 실시예에에 따른 디스플레이 패널(100)에서는, 직교 격자의 제1폭(Wx)에 대응하는 제1파라미터(parameter), 제2폭(Wy)에 대응하는 제2파라미터, 제1피치(Px)에 대응하는 제3파라미터, 제2피치(Py)에 대응하는 제4파라미터 및 두께(height)(H)에 대응하는 제5파라미터 즉, 5개의 파라미터의 값들을 각각 결정하여 직교 격자 패턴의 구조를 설계할 수 있다. 여기서, 제3파라미터 및 제4파라미터의 값은 가시광선의 최소 파장에 해당하는 약 400nm 보다 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하며, 예를 들어 100nm로 설정될 수 있다. 이에 따라, 빛의 회절(diffraction) 현상과 모아레(moire) 현상을 방지할 수 있다.
예를 들어, 위상차 보상층(160)이 nx > xy 의 특성을 가지도록 하기 위한 일례로서, 제1파라미터인 Wx=0 으로 가정할 수 있다. 도 5는 Wx=0 으로 설정된 경우, nx > xy의 특성을 가지도록 구현된 직교 격자 패턴의 예를 도시한 도면이다.
도 5의 실시예에서는 직교 격자의 X 축 방향(제1방향)의 폭인 Wx가 0이 됨에 따라, 상부기판(110) 상에 복수의 바(bar)가 소정 피치(Py)에 따라 X 축 방향으로 평행하게 배치된 형태의 나노 패턴이 형성될 수 있다. 여기서, 하나의 바는 제2파라미터로서 Wy 의 폭을 가지게 된다.
이 경우, 위상차 보상층(160)을 통과하는 광의 X 방향 성분과 Y 방향 성분에 대한 굴절률 nx, ny는 Effective Medium Theory를 통해 아래의 수학식 1에 의해 결정된다.
Figure pat00001
여기서, n1은 평면 격자 패턴을 형성하는 유전체 예를 들어, 이산화규소(SiO2)의 광학적 굴절률을, n2는 빈 공간을 채우는 물질 예를 들어, 공기의 굴절률을 각각 나타낸다. 다만, 상기 수학식 1에 따른 굴절률 nx, xy 의 값은 근사값으로, Finite Element Method와 같은 광학 시뮬레이션에 의해 정확한 값을 확인할 수 있음을 밝혀둔다.
이에 따라, 도 5와 같은, 복수의 바 형태의 나노 패턴을 상부기판(110)의 하면에 형성함으로써, 위상차 보상층(160)이 nx > xy 의 굴절률 특성을 만족하게 되고, 이에 대응하여 액정층(130)의 광학적 이방성을 보상할 수 있다.
본 발명 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 도 3 및 도 4와 같이 광의 진행방향에 평행하게 돌출되는 직교 격자의 제1폭(Wx), 제2폭(Wy), 제1피치(Px), 제2피치(Py) 및 두께(height)(H)를 포함하는 제1 내지 제5 파라미터(parameter)의 값들을 각각 결정하는 방식으로, 일축성(uniaxial) 이방성뿐 아니라, 이축성(biaxial) 이방성을 보상할 수 있다.
예를 들어, 격자 패턴을 형성하는 유전체가 굴절률 n1=1.44인 이산화규소(SiO2)이고, 빈 공간을 구성하는 물질이 굴절률 n2=1인 공기라고 할 때, 일축성 이방성을 보상하기 위한 다음과 같은 각 파라미터값의 설계가 가능하다.
Px = 100nm, Py = 100nm, Wx = 50nm, Wy = 0nm
여기서, Py는 광학 시뮬레이션의 편의상 설정된 값이며, 높이 H는 20nm 내지 30nm 로 설정될 수 있다.
이 경우, Finite Element Method에 따른 광학 시뮬레이션을 수행하여 nx = 1.195, ny = nz = 1.243 임을 확인할 수 있다.
이에 따라, 위상차 보상층(160)이 nx < xy = nz 를 만족하는 네거티브 A 플레이트 방식의 위상차 변환 특성을 가지게 된다.
그리고, 예를 들어 포지티브 A 플레이트 특성을 가지는 액정층(130)에 대하여, 상기의 네커티브 A 플레이트 방식의 위상차 보상층(160)에 의해 위상 지연을 상쇄시키고 액정층(130)의 일축성 이방성을 보상함으로써, 디스플레이 패널(100)의 시야각 특성이 향상된다.
한편, 상기의 네거티브 A 플레이트 방식으로 설계된 패턴 구조에서 Wy 값을 30nm 또는 70nm로 변화시켜, 이축성 이방성을 보상하는 패턴 설계를 수행할 수 있다.
먼저, Px = 100nm, Py = 100nm, Wx = 50nm, Wy = 30nm 으로 설계된 값들을 Finite Element Method 에 따른 광학 시뮬레이션을 수행하면, nx = 1.276, ny = 1.289, nz = 1.307 의 값들을 얻을 수 있다. 여기서, 높이 H는 유전체층의 두께에 대응하며, 20nm 내지 30nm 의 범위 내에서 소정 값을 가지도록 설정될 수 있다.
이에 따라, 위상차 보상층(160)은 nx ≠ ny ≠ nz, 특히, nx < ny < nz 를 만족하므로, 그에 대응하는 특징을 가지는 액정층(130)의 이축성 이방성을 보상할 수 있다.
그러므로, 상기한 실시예와 같은 디스플레이 패널(100)에서는, 위상차 보상층(160)으로서 상부기판(110)의 하면에 직교 격자의 나노 패턴을 형성함으로써 액정층(130)에 의해 발생하는 광의 이축성 이방성을 보상할 수 있다.
같은 방식으로, Px = 100nm, Py = 100nm, Wx = 50nm, Wy = 70nm 으로 설계된 값들을 Finite Element Method 에 따른 광학 시뮬레이션을 수행하면, 와 nx = 1.376, ny = 1.365, nz = 1.385 의 값들을 얻을 수 있다. 여기서, 높이 H는 20nm 내지 30nm 의 범위 내에서 소정 값을 가지도록 설정될 수 있다.
이에 따라, 위상차 보상층(160)은 nx ≠ ny ≠ nz, 특히, ny < nx < nz 를 만족하므로, 그에 대응하는 특징을 가지는 액정층(130)의 이축성 이방성을 보상할 수 있다.
그러므로, 상기한 실시예와 같은 디스플레이 패널(100)에서는, 위상차 보상층(160)으로서 상부기판(110)의 하면에 직교 격자의 나노 패턴을 형성함으로써 액정층(130)에 의해 발생하는 광의 이축성 이방성을 보상할 수 있다.
이렇게 본 발명 실시예에 따라 디스플레이 패널(100)의 위상차 보상층(160)으로 상부기판(110)의 하면에 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 를 만족하는 직교 격자 형태의 나노 패턴을 형성하는 간단한 구조에 의해, 액정층(130)의 이축성 이방성을 보상할 수 있다. 이에 따라, 이축성 이방성을 보상하기 위해 기존의 복수의 광학 보상층 필름이 적층된 구조가 단일 위상차 보상층(160)으로 대체 가능하게 된다.
위와 같이, 제1 내지 제5 파라미터의 값들에 의해 nx < xy = nz, nx < ny < nz, ny < nx < nz 를 각각 만족하는 직교 격자의 나노 패턴을 설계하는 실시예들에 대해 설명하였으며, 본 발명은 상기한 실시예들뿐 아니라 다양한 굴절률 특성에 대응하도록 설계 가능할 것이다. 즉, 본 발명의 위상차 보상층(160)은 파라미터값들을 변경시킴으로써 nx > ny = nz, nx > ny > nz, nx > nz > ny, nx = ny > nz, nz > nx = ny 등 일축성/이축성 이방성의 특성을 만족하는 형태로 다양하게 구현될 수 있다.
본 발명 실시예에서는, 디스플레이 패널(100)의 상부기판(110) 또는 하부기판(120)의 일면에 투명한 유전체층을 적층하고, 유전체층을 나노 패터닝하는 방식에 의해 도 3과 같은 직교 격자 형태의 위상차 보상층(160)을 구현할 수 있다.
구체적으로, 제조자는 기판 상에 유전체층을 적층시킨다. 여기서, 기판은 디스플레이 패널(100)의 상부기판(110) 또는 하부기판(120) 중 어느 하나이며, 광이 투과 가능해야 하므로 투명한 재질을 포함한다. 도 2의 실시예를 예로 들면, 상부기판(110)의 하면에 실리콘다이옥시드, 실리콘나이트라이드 등으로 이루어진 유전체층이 적층될 수 있다.
제조자는 유전체층에 대한 노광을 수행한다. 여기서, 노광은 지외선의 조사에 의해 수행될 수 있다.
본 실시예에서는, 노광 과정에서 포토리소그래피(photolithography) 기법이 이용될 수 있다. 즉, 레지스트를 도포하고, 마스크를 통해서 빛 예를 들어 자외선을 선택적으로 조사하여 유전체층에 상술한 직교 격자의 패턴이 현상되도록 할 수 있다.
이와 같이 적층된 상태에서, 제조자는 유전체층을 식각 즉, 에칭(etching)하기 위한 가스를 주입하여 유전체층에 대한 에칭을 수행한다. 에칭은 유전체층에 현상된 직교 격자의 패턴 상에 에칭용 가스를 주입함으로써 수행될 수 있다.
유전체층에 대한 에칭이 완료되면, 유전체층이 선택적으로 제거되고, 이에, 기판 상에 직교 격자의 나노 패턴이 완성된다.
여기서, 노광 및 식각 과정에서 완성되는 직교 격자의 패턴은 광의 진행방향에 평행하게 돌출된 것으로, 전술한 바와 같이 액정층(130)의 광학적 이방성 특히, 이축성 이방성을 보상하도록 제1폭(Wx), 제2폭(Wy), 제1피치(Px), 제2피치(Py) 및 두께(height)(또는 높이)(H)에 해당하는 제1 내지 제5 파라미터의 값들이 미리 결정되어, 그 결정된 값들에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리고, 제조자는 격자 패턴이 형성된 유전체 층에 보호막을 적층(또는 증착)(deposition)하는 패시베이션(passivation)을 수행한다. 이에 의해, 예를 들어, 유해 이온의 흡수나 이동을 저지함으로써, 돌출 형태의 직교 패턴이 형성된 유전제층을 유해 환경으로부터 차단 즉, 보호할 수 있다.
한편, 이와 같은 직교 격자 패턴의 제조 시에는 직교 격자 패턴을 가진 소정 크기의 마스터 몰드(master mold)를 제조하고, 마스터 몰드로부터 직교 격자 패턴을 디스플레이 패널(100)의 기판으로 전사하는 공정을 수행할 수 있다. 마스터 몰드는 크리스탈 또는 실리콘 재질로 이루어질 수 있으며, 상판면에 직교 격자 패턴이 형성되게 된다.
여기서, 마스터 몰드로부터 패턴 템플릿을 제조하여 기판 상에 한번에 전사하는 방법을 사용할 수 있으며, 기판을 복수의 영역으로 분할하여 차례로 직교 격자 패턴을 형성하는 것 보다는, 기판의 전체 영역에 대응하는 마스터 몰드로부터 한번에 직교 격자 패턴을 전사하는 쪽이 생산성 측면에서 보다 유리할 수 있다.
하나의 규격에 따른 디스플레이 패널(100)에 대응하는 마스터 몰드가 제조되면, 제조자는 해당 마스터 몰드로부터 전사되는 직교 격자 패턴을 동일 규격의 복수의 디스플레이 패널(100)에 각기 적용할 수 있다. 이는 하나의 마스터 몰드로부터 직교 격자 패턴을 양산화하는 것이므로, 생산성 측면에서 우수하다.
상기와 같은 위상차 보상층(160)의 구현 방식은 상부기판(110)의 하면에 패턴이 형성되는 도 2의 실시예에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 노광, 식각 및 적층으로 이루어지는 직교 격자 패턴의 형성 과정은 후술하는 도 6 내지 도 10의 실시예에도 적용될 수 있을 것이다.
한편, 도 2 내지 도 5에 도시된 본 발명의 실시예에서는 상부기판(110)의 하면에 광의 진행방향과 반대 방향 즉, -Z 방향으로 돌출된 형태의 직교 격자의 나노 패턴이 형성된 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다.
도 6 내지 도 10은 본 발명 실시예들에 따른 디스플레이 패널(100)의 각 구성요소들의 적층 형태를 나타내는 단면도들이다.
도 6의 실시예는 도 2의 실시예와 비교하여 하부기판(120)의 상면에 직교 격자 패턴을 형성하는 점에 그 특징이 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 위상차 보상층(160)은 액정층(130)과 하부편광층(140) 사이에 개재된다.
도 6의 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 하부기판(120)의 상면에 광의 진행방향과 일치하는 방향(+Z 방향)으로 돌출된 나노 패턴을 형성함으로써 위상차 보상층(160)이 구성되도록 한다.
이러한 구조에 따라서, 디스플레이 패널(100)의 빛샘 현상을 방지하고 시야각 특성을 향상시킬 수 있으며, 특히 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 를 만족하는 단일 위상차 보상층(160)에 의해 광의 이축성 이방성에 대한 보상이 가능하다.
도 7의 실시예는 도 2의 실시예와 비교하여 상부기판(110)의 상면에 직교 격자 패턴을 형성하는 점에 그 특징이 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 위상차 보상층(160)은 상부편광층(150)과 액정층(130) 사이에 개재된다.
도 7의 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 상부기판(110)의 상면에 광의 진행방향과 일치하는 방향(+Z 방향)으로 돌출된 나노 패턴을 형성함으로써 위상차 보상층(160)이 구성되도록 한다.
본 실시예의 디스플레이 패널(100)은 위상차 보상층(160)으로서 상부기판(110)의 상면에 상측으로 나노 패턴이 돌출되는 바, 이를 보호하기 위한 보호층(160a)이 상부편광층(150)과 위상차 보상층(160) 사이에 더 적층되게 된다.
여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 디스플레이 패널(100)은 하부기판(120)의 하면에 위상차 보상층(160)으로서 직교 격자 패턴이 형성되도록 구현될 수 있다. 즉, 하부기판(120)의 하면에 광의 진행방향과 직교하는 방향(-Z방향) 즉 하측으로 돌출된 나노 패턴이 형성되며, 도 7의 실시예와 마찬가지로, 이를 보호하기 위한 보호층(160a)이 위상차 보호층(160)과 하부편광층(140) 사이에 더 적층될 수 있다.
이러한 구조에 따라서, 디스플레이 패널(100)의 빛샘 현상을 방지하고 시야각 특성을 향상시킬 수 있으며, 특히 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 를 만족하는 단일 위상차 보상층(160)에 의해 광의 이축성 이방성에 대한 보상이 가능하다. 아울러, 별도의 보호층에 의해 위상차 보호층의 나노 패턴을 주위 환경으로부터 보호 가능하다.
도 8의 실시예는 도 2, 도 6 및 도 7의 실시예와 비교하여 상부편광층(150) 및 하부편광층(140)의 패널(100)의 내부 구성으로서 마련된 점에 그 특징이 있다.
구체적으로, 본 발명 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서, 상부편광층(150) 및 하부편광층(140)은 각각 상부기판(110) 및 하부기판(120)의 판면 상에서 X-Y 평면에 평행한 일 방향으로 연장된 복수의 바(bar)(미도시) 형상의 선형 격자(wire-grid, linear-grid)(미도시) 구조를 포함할 수 있다.
선형 격자(미도시)를 형성하는 하나의 바는 기설정된 높이(height) 및 폭(width)을 가지고, 각각의 바(미도시)는 기설정된 간격의 피치(pitch)로 배열되며, 그 연장방향은 각 편광방향에 대응하도록 마련된다. 또한, 상부편광층(150)의 선형 격자(미도시)는 상부기판(110)으로부터 하측을 향하여, 그리고 하부편광층(140)의 선형 격자(미도시)는 하부기판(120)으로부터 상측을 향하여 각기 돌출될 수 있다.
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 하부편광층(140)과 상부편광층(150)은 각각 하부기판(120)의 상측과 상부기판(120)의 하측, 즉 디스플레이 패널(100)의 내측에 배치될 수 있다.
하부편광층(140)은 하부기판(120)의 Z 방향의 판면, 즉 하부기판(120)에서 조사광(L)이 출사되는 판면 상에 형성된다. 하부편광층(140)은 조사광(L) 중에서 기 설정된 제1편광방향의 성분만을 투과시키고, 제1편광방향이 아닌 성분은 반사시킨다.
상부편광층(150)은 상부기판(110)의 -Z 방향의 판면, 즉 상부기판(110)에서 조사광(L)이 입사되는 판면 상에 형성된다. 상부편광층(150)은 하부기판(120), 하부편광층(140) 및 액정층(130)을 통과한 조사광(L) 중에서 기 설정된 제2편광방향의 성분만을 투과시키고, 제2편광방향이 아닌 성분은 반사시킨다.
여기서, 제2편광방향은 제1편광방향과 상이하며, 보다 구체적으로는 제1편광방향에 수직하다. 따라서, 상부편광층(150)이 투과시키는 광의 편광방향은 하부편광층(140)이 투과시키는 광의 편광방향에 대해 수직하다. 즉, 도 8과 같이, 상부편광층(150) 및 하부편광층(140)이 선형 격자 구조로 이루어진 경우에도, 도 2와 관련하여 설명한 바와 같은 광을 편광 필터링시키는 역할을 수행하게 됨을 알 수 있다.
도 8에서는 상부편광층(150)과 하부편광층(140)이 단일 층으로 이루어진 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 상부편광층(150)과 하부편광층(140)의 선형 격자는 하나 이상의 유전체층과 금속층 중 2 이상이 소정 순서에 따라 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 재질 측면에서 보면, 유전체층은 실리콘다이옥시드, 실리콘나이트라이드 등이, 금속층은 광반사가 용이한 Au, Al, Cu, Ag 등의 금속이나 폴리실리콘 등이 적용될 수 있다.
도 8에 도시된 본 발명 실시예의 디스플레이 패널(100)에서는, 위상차 보상층(160)이 상부편광층(150)과 액정층(130) 사이에 개재된다.
이를 위해, 제조자는 먼저 상부기판(110)의 하면에 대한 노광, 식각 및 적층 과정을 통해 상부편광층(150)이 형성되도록 한다. 이후, 상부편광층(150)이 형성된 상부기판(110)의 하면에 대해 도 2의 실시예와 관련하여 설명한 노광, 식각 및 적층 과정을 수행하여, 직교 격자의 패턴이 더 형성되도록 한다.
이에 따라, 도 8의 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 상부기판(120)의 하측에 광의 진행방향과 반대 방향(-Z 방향)으로 돌출된 나노 패턴을 형성함으로써 위상차 보상층(160)이 구성되도록 한다.
여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 디스플레이 패널(100)은 하부기판(120)의 상측에 위상차 보상층(160)으로서 직교 격자 패턴이 형성되도록 구현될 수 있다. 즉, 하부기판(120)의 상면에 선형 격자 패턴의 하부편광층(140)이 형성되도록 하고, 그 상측으로 광의 진행방향과 일치하는 방향(+Z방향) 즉, 상측으로 돌출된 직교 격자 형상의 나노 패턴이 형성될 수 있다.
이러한 구조에 따라서, 디스플레이 패널(100)의 빛샘 현상을 방지하고 시야각 특성을 향상시킬 수 있으며, 특히 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 를 만족하는 단일 위상차 보상층(160)에 의해 광의 이축성 이방성에 대한 보상이 가능하다.
도 9의 실시예는 도 2 및 도 6의 실시예와 비교하여 상부기판(110)의 하면 및 하부기판(120)의 상면에 모두 직교 격자 패턴을 형성하는 점에 그 특징이 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 위상차 보상층은 제1위상차 보상층(161)과 제2위상차 보상층(162)를 포함한다. 제1위상차 보상층(161)은 상부기판(110)과 액정층(130) 사이에 개재되며, 제2위상차 보상층(162)는 액정층(130)과 하부기판(120) 사이에 개재된다.
도 9의 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 복수의 위상차 보상층의 조합에 의해 액정층(130)의 광학적 이방성을 보상할 수 있다.
예를 들어, 제1위상차 보상층(161)은 nx = ny ≠ nz 를 만족하는 C-플레이트와 nx ≠ ny = nz 를 만족하는 A-플레이트 중 어느 하나 하나의 특성을 가질 수 있다. 제2위상차 보상층(162)는 제1광학정 보상층(162)과 조합하여 액정층(130)을 통과하는 광의 이축성 이방성을 보상하도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1위상차 보상층(161)은 nx > ny = nz 의 특성을 가지고, 제2위상차 보상층(162)은 nx = nz > ny 의 특성을 가짐으로써, 결과적으로 nx > nz > ny 를 만족하는 광학적 보상이 이루어지게 된다.
여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나, 본 발명의 디스플레이 패널(100)은 상부기판(120)의 상면에 제1위상차 보상층(161)으로서 직교 격자 패턴이 형성되거나, 하부기판(110)의 하면에 제2위상차 보상층(162)으로서 직교 격자 패턴이 형성되도록 구현될 수 있다. 이 경우, 직교 격자 패턴을 보호하기 위한 별도의 보호층이 제1위상차 보호층(161)과 상부편광층(150) 사이 또는 제2위상차 보호층(162)의 하면과 하부편광층(140) 사이에 더 적층될 수 있다.
또한, 본 발명의 디스플레이 패널(100)은 상부기판(110)과 하부기판(120)의 일면에 복수의 형성된 복수의 위상차 보상층이 연속적으로 적층되게 구현될 수 있다. 예를 들어, 상부기판(110)의 하면에 제1위상차 보상층(161)과 제2위상차 보상층(162)이 적층되게 구현될 수 있다. 이 경우, 제조자는 먼저 상부기판(110)의 하면에 대한 도 2의 실시예와 관련하여 설명한 노광, 식각 및 적층 과정을 통해 제1위상차 보상층(161)으로서의 직교 패턴을 형성하고, 이후, 상부편광층(150)이 형성된 상부기판(110)의 하면에 대해 다시 노광, 식각 및 적층 과정을 수행하여, 제2위상차 보상층(162)으로서의 직교 격자의 패턴이 더 형성되도록 한다.
같은 방식으로, 상부기판(110)의 상면이나, 하부기판(120)의 상면 또는 하면에 복수의 위상차 보상층(161, 162)이 순차적으로 적층되게 형성될 수 있을 것이다.
이러한 구조에 따라서, 디스플레이 패널(100)의 빛샘 현상을 방지하고 시야각 특성을 향상시킬 수 있으며, 특히 복수의 위상차 보상층(161, 162)에 의해 다양한 특성의 이축성 이방성에 대한 효율적인 보상이 가능하다. 아울러, 별도의 보호층에 의해 위상차 보호층의 나노 패턴을 주위 환경으로부터 보호 가능하다.
도 10의 실시예는 도 2의 실시예와 비교하여 디스플레이 패널(100)이 컬러필터층(170)을 더 포함하는 점에 그 특징이 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 위상차 보상층(160)은 상부기판(110)과 컬러필터층(170) 사이에 개재될 수 있다.
컬러필터층(170)은 디스플레이 패널(100)에 입사되는 광을 RGB 컬러로 변환한다. 액정층(130)의 픽셀은 RGB 컬러 각각에 대응하는 서브픽셀을 포함하는데, 컬러필터층(170)은 각 서브픽셀에 대해 컬러 별 필터링을 수행한다.
컬러필터층(170)에는 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터가 마련될 수 있다. 컬러필터층(170)는 액정층(130)을 투과하는 백색광을 색광, 예를 들어 적색광, 녹색광 및 청색광으로 변경시킨다. 즉, 각 컬러필터는 적색광, 녹색광 및 청색광으로 구성된 백색광에서 적색광, 녹색광 및 청색광 중 대응하는 어느 하나만을 투과시킨다.
본 실시예에서는 컬러필터층(170)이 상부기판(110) 측에 배치되는 것으로 표현하였으나, 컬러필터층(170)의 배치 위치는 이에 한정되지 않는다. 즉, 컬러필터층(180)은 하부기판(120) 측에 배치될 수도 있는 바, 도 6 내지 도 9의 디스플레이 패널(100)의 경우에도 액정층(130)의 상부 또는 하부에 컬러필터층(170)이 더 포함된 형태로 구현될 수 있을 것이다.
도 10의 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는 상부기판(110)의 하면에 광의 진행방향과 반대 방향(-Z 방향)으로 돌출된 나노 패턴을 형성함으로써 위상차 보상층(160)이 구성되고, 그 하측으로 컬러필터층(170)이 적층되도록 한다.
이러한 구조에 따라서, 디스플레이 패널(100)의 빛샘 현상을 방지하고 시야각 특성을 향상시킬 수 있으며, 특히 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 의 특성을 만족하는 단일 위상차 보상층(160)에 의해 광의 이축성 이방성에 대한 보상이 가능하다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 구성에 관해 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 구성 블록도이다. 본 도면의 디스플레이 장치(200)는 앞선 도 1의 디스플레이 장치(1)를 영상처리의 관점에서 도시한 것으로서, 도 11의 디스플레이 장치(200)와 도 1의 디스플레이 장치(1)는 실질적으로 동일한 장치일 수 있다. 즉, 도 11의 디스플레이 패널(230), 패널구동부(240) 및 백라이트 유닛(250)은 도 1의 디스플레이 패널(30), 패널구동부(40) 및 백라이트 유닛(50)의 구성들을 포함할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)는 외부의 영상공급원(도시되지 아니함)으로부터 제공되는 영상신호(입력신호)를 기 설정된 프로세스에 따라서 처리하여 디스플레이부(130)에 영상으로 표시한다.
본 실시예에서 디스플레이 장치(200)는 방송국의 송출장비로부터 수신되는 방송신호/방송정보/방송데이터에 기초한 방송 영상을 표시하는 텔레비전(TV) 또는 컴퓨터(PC) 본체로부터 영상신호를 수신하는 모니터(monitor)로 구현될 수 있다. 그러나, 디스플레이 장치(200)는 표시 가능한 영상의 종류가 방송 영상에 한정되지 않는 바, 예를 들면 디스플레이 장치(200)는 다양한 형식의 영상공급원(도시되지 아니함)으로부터 수신되는 신호/데이터에 기초한 동영상, 정지영상, 어플리케이션(application), OSD(on-screen display), 다양한 동작 제어를 위한 사용자 인터페이스(UI: user interface, 이하, GUI(graphic user interface) 라고도 함) 등의 영상을 표시할 수 있다.
본 발명 실시예에서는 디스플레이 장치(200)가 디지털 사이니지(signage), LFD(large format display)와 같은 대형 디스플레이 장치로 구현될 수도 있다. 또한, 디스플레이 장치(200)는 스마트폰(smart phone), 스마트패드(smart pad) 즉, 태블릿(tablet), 차량용 내비게이션, PDA(personal digital assistant, 개인 휴대용 정보 단말기), 휴대용 미디어 플레이어(MP3 플레이어) 등과 같은 소형화 장치 또는 모바일 장치(mobile device)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 디스플레이 장치(200)는 스마트 TV 또는 IP TV(Internet Protocol TV)로 구현될 수 있다. 스마트 TV는 실시간으로 방송신호를 수신하여 표시할 수 있고, 웹 브라우징 기능을 가지고 있어 실시간 방송신호의 표시와 동시에 인터넷을 통하여 다양한 컨텐츠 검색 및 소비가 가능하고 이를 위하여 편리한 사용자 환경을 제공할 수 있는 TV이다. 또한, 스마트 TV는 개방형 소프트웨어 플랫폼을 포함하고 있어 사용자에게 양방향 서비스를 제공할 수 있다. 따라서, 스마트 TV는 개방형 소프트웨어 플랫폼을 통하여 다양한 컨텐츠, 예를 들어 소정의 서비스를 제공하는 어플리케이션을 사용자에게 제공할 수 있다. 이러한 어플리케이션은 다양한 종류의 서비스를 제공할 수 있는 응용 프로그램으로서, 예를 들어 SNS, 금융, 뉴스, 날씨, 지도, 음악, 영화, 게임, 전자 책 등의 서비스를 제공하는 어플리케이션을 포함한다.
즉, 이하 설명할 실시예는 장치/시스템의 구현 방식에 따라서 다양하게 변경 적용되는 하나의 예시에 불과할 뿐인 바, 본 발명의 사상을 한정하는 사항이 아님을 밝힌다.
도 11에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(200)는 영상신호를 수신하는 신호수신부(210)와, 신호수신부(210)에 수신되는 영상신호를 기설정된 영상처리 프로세스에 따라 처리하는 신호처리부(220)와, 영상신호에 기초하는 영상을 표시하는 디스플레이 패널(230), 신호처리부(220)에 의해 처리되는 영상신호에 대응하여 디스플레이 패널(230)에 영상이 표시되도록 구동신호를 출력하는 패널구동부(240)와, 신호처리부(220)에 의해 처리되는 영상신호에 대응하여 디스플레이 패널(230)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(250)을 포함한다.
신호수신부(210)는 영상신호를 수신하여 신호처리부(220)에 전달하며, 수신하는 영상신호의 규격 및 디스플레이 장치(200)의 구현 형태에 대응하여 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 신호수신부(210)는 방송국(도시되지 아니함)으로부터 송출되는 RF(radio frequency)신호를 무선으로 수신하거나, 컴포지트(composite) 비디오, 컴포넌트(component) 비디오, 슈퍼 비디오(super video), SCART, HDMI(high definition multimedia interface) 규격 등에 의한 영상신호를 유선으로 수신할 수 있다. 신호수신부(210)는 영상신호가 방송신호인 경우, 이 방송신호를 채널 별로 튜닝하는 튜너(tuner)를 포함한다.
또한, 영상신호는 외부기기로부터 입력될 수 있으며, 예컨대, 영상신호는 PC 본체, AV기기, 스마트폰, 스마트패드 등과 같은 외부기기로부터 입력될 수 있다. 또한, 영상신호는 인터넷 등과 같은 네트워크를 통해 수신되는 데이터로부터 기인한 것일 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치(200)는, 신호수신부(210)를 통해 네트워크 통신을 수행하거나, 별도의 네트워크 통신부를 더 포함할 수 있다. 또한, 영상신호는 플래시메모리, 하드디스크 등과 같은 비휘발성의 저장부(미도시)에 저장된 데이터로부터 기인한 것일 수 있다. 저장부는 디스플레이 장치(200)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있으며, 외부에 마련되는 경우 저장부가 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.
신호처리부(220)는 영상신호에 대해 기 설정된 다양한 영상처리 프로세스를 수행한다. 신호처리부(220)는 이러한 프로세를 수행한 영상신호를 패널구동부(240)에 출력함으로써, 디스플레이 패널(2130)에 해당 영상신호에 기초한 영상이 표시되게 한다.
신호처리부(220)가 수행하는 영상처리 프로세스의 종류는 한정되지 않으며, 예를 들면 다양한 영상 포맷에 대응하는 디코딩(decoding), 디인터레이싱(de-interlacing), 프레임 리프레시 레이트(frame refresh rate) 변환, 스케일링(scaling), 영상 화질 개선을 위한 노이즈 감소(noise reduction), 디테일 강화(detail enhancement), 라인 스캐닝(line scanning) 등을 포함할 수 있다. 신호처리부(220)는 이러한 각 프로세스를 독자적으로 수행할 수 있는 개별적 구성의 그룹으로 구현되거나, 또는 여러 기능을 통합시킨 SoC(System-on-Chip)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 장치(200)에는 이러한 영상처리 프로세스를 수행하도록 다양한 칩셋, 메모리 등을 포함한 회로 구성으로 구현된 영상처리보드로 구현된 신호처리부(220)가 내장될 수 있다.
본 명세서에서 영상 처리란 입력된 영상 신호를 신호처리부(220) 또는 CPU와 같은 적어도 하나의 프로세서(미도시)를 통해 신호 처리하여 목적에 맞게 가공하는 것을 의미하는 것으로서, 아날로그 신호 처리 및 디지털 신호 처리를 모두 포함한다. 또한, 본 명세서에서의 영상 처리는 포인트 처리, 영역 처리, 기하학적 처리, 그리고 프레임 처리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 포인트 처리는 화소의 위치를 기반으로 화소 단위로 처리한다. 영역 처리는 화소의 원래 값과 이웃하는 화소의 값을 기반으로 하여 화소값을 변경할 수 있으며, 기하학적 처리는 화소들의 위치나 배열을 변화시킬 수 있다. 프레임 처리는 두 개 이상의 영상들에 대한 연산을 기반으로 하여 화소 값들을 변경할 수 있다. 본 명세서에서는 특별히 언급하지 않는 이상, 영상 처리는 포인트 처리에 의한 영상처리를 의미한다.
디스플레이 패널(230), 패널구동부(240), 백라이트유닛(250)의 구성은 앞선 실시예에서의 구성과 실질적으로 동일한 구성이므로 앞선 실시예의 설명을 응용할 수 있는 바, 이들에 관해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 11은 디스플레이 장치(200)의 각 구성요소들 중에서 대표적인 것들만을 개략적으로 나타낸 것으로서, 실제 디스플레이 장치(200)의 구조는 보다 복잡하고 또한 본 실시예에 설명되지 않은 추가적인 구성요소가 적용된다.
예를 들어, 디스플레이 장치(200)는 사용자 명령을 수신하는 사용자 입력부, 각종 데이터가 저장되는 저장부, 적어도 하나의 외부장치와 유무선 통신을 수행하는 통신부, 디스플레이 장치(100)의 다양한 구성에 대한 제어동작을 수행하는 제어부, 디스플레이 장치(200)의 각 구성에 전원을 공급하는 전원공급부 등을 더 포함할 수 있다. 제어부는 적어도 하나의 프로세서(Processor), 디스플레이 장치(100)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장되는 비휘발성 메모리인 롬(ROM) 및 디스플레이 장치(200)의 외부로부터 입력되는 신호 또는 데이터를 저장하거나, 디스플레이 장치(200)에서 수행되는 다양한 작업에 대한 저장 영역으로 사용되는 휘발성 메모리인 램(RAM)을 포함할 수 있다. 프로세서는 프로그램이 저장된 롬으로부터 램으로 대응되는 프로그램을 로드하여 실행하며, CPU(Central Processing Unit), AP(Application Processor), 마이컴(Micro Computer, MICOM)과 같은 적어도 하나의 범용 프로세서 또는 특정 기능을 수행하기 위한 프로그램과 해당 프로그램을 실행하는 전용 프로세서로서 마련되는 칩(chip) 예를 들어, IC(integrated circuit) 칩을 포함할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 본 발명의 사상에 직접적인 관련이 있는 디스플레이 장치(200)의 기본적인 구조에 관해서만 설명하며, 직접적인 관련이 없는 세부 구조에 관한 설명은 생략한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 디스플레이 패널의 상부기판 및 하부기판 중 적어도 하나의 일면에 액정층의 광학적 이방성을 보상하는 직교 격자 구조의 나노 패턴을 형성함으로써, 기존의 시야각 보상 필름을 대체할 수 있다.
특히, 상부기판과 하부기판 중 어느 하나의 일면에 단일층의 나노 패턴을 형성하여 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 의 굴절률 특성을 가지는 액정층의 이축성(biaxial) 이방성까지 한번에 보상 가능한 효과가 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널에서는, 유전체를 이용한 직교 격자 패턴을 구성하는 복수의 파라미터 값들을 설정하는 간편한 방식으로 다양한 특성의 광학적 이방성의 보상 설계가 가능하므로, 패널 생산 과정에서의 적응성(flexibility)이 매우 높은 장점이 있다.
또한, 광학적 위상차를 보상해주는 구조를 셀 내부에 구비함으로써 추가적으로 별도의 위상차 보상 필름을 구비할 필요가 없으므로, 패널 생산에 있어서의 과정이 단축되고 비용이 절감(cost reduction)되는 효과가 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
1, 200 : 디스플레이 장치 100 : 디스플레이 패널
110 : 제1기판 120 : 제2기판
130 : 액정층 131 : 액정
140 : 제2편광층 150 : 제1편광층
160, 161, 162 : 위상차 보상층 170 : 컬러필터층

Claims (24)

  1. 디스플레이 패널에 있어서,
    제1기판과;
    상기 제1기판에 마주하게 배치되는 제2기판과;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 충진되는 액정층과;
    상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 적어도 하나에 마련되며, 상기 액정층의 광학적 이방성을 보상하도록 결정되는, 제1방향의 제1파라미터 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 제2파라미터를 각각 가지는 직교 격자 패턴을 포함하는 위상차 보상층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은, 상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 적어도 하나와 상기 액정층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은, 상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은 상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성된 상기 직교 격자 패턴에 의해 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 의 굴절률 특성을 가지는 상기 액정층의 이축성(biaxial) 이방성을 보상하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
    여기서, nx는 광의 X축 방향 성분에 대한 굴절률, ny 는 광의 Y축 방향 성분에 대한 굴절률, nz는 광의 Z축 방향 성분에 대한 굴절률 나타냄
  5. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은, 상기 액정층을 통과하는 광의 진행방향과 평행하게 돌출되고, 상기 광의 진행방향에 직교하는 소정 평면의 상기 제1방향 및 상기 제2방향을 따라서 각각 연장되는 상기 직교 격자 패턴이 상기 제1기판과 상기 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 배치된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직교 격자 패턴은, 상기 돌출 방향으로 기설정된 높이를 가지며, 상기 제1방향 및 상기 제2방향 각각에 대하여 제1폭 및 제2폭을 가지고, 상기 제1방향 및 제2방향 각각에 대하여 제1피치 및 제2피치를 가지고 주기적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 직교 격자 패턴은, 상기 제1폭에 대응하는 상기 제1파라미터, 상기 제2폭에 대응하는 상기 제2파라미터, 상기 제1피치에 대응하는 제3파라미터, 상기 제2피치에 대응하는 제4파라미터, 및 상기 높이에 대응하는 제5파라미터에 각각 대응하는 값들을 결정하여 설계되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3파라미터와 상기 제4파라미터의 값은 400nm 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층을 통과하는 조사광을 편광 필터링하는 제1편광층과 제2편광층을 더 포함하며,
    상기 위상차 보상층은 상기 제1편광층 및 상기 제2편광층 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1편광층은 상기 제1기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하고,
    상기 제2편광층은 상기 제2기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하며,
    상기 위상차 보상층은 상기 제1편광층과 상기 액정층 사이 또는 상기 제2편광층과 상기 액정층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며,
    상기 제1위상차 보상층은 상기 제1기판의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하며, 상기 제2위상차 보상층은 상기 제2기판의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며,
    상기 제1위상차 보상층은 상기 제1기판과 상기 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하며, 상기 제2위상차 보상층은 상기 제1위상차 보상층에 연속적으로 적층되게 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  13. 디스플레이장치에 있어서,
    디스플레이 패널과;
    상기 디스플레이 패널 상에 영상이 표시되도록 광을 공급하는 백라이트유닛을 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은,
    제1기판과;
    상기 제1기판에 마주하게 배치되는 제2기판과;
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 충진되는 액정층과;
    상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 적어도 하나에 마련되며, 상기 액정층의 광학적 이방성을 보상하도록 결정되는, 제1방향의 제1파라미터 및 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 제2파라미터를 각각 가지는 직교 격자 패턴을 포함하는 위상차 보상층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은, 상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 적어도 하나와 상기 액정층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은, 상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은 상기 제1기판 및 상기 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성된 상기 직교 격자 패턴에 의해 nx ≠ ny ≠ nz ≠ nx 의 굴절률 특성을 가지는 상기 액정층의 이축성(biaxial) 이방성을 보상하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
    여기서, nx는 광의 X축 방향 성분에 대한 굴절률, ny 는 광의 Y축 방향 성분에 대한 굴절률, nz는 광의 Z축 방향 성분에 대한 굴절률 나타냄
  17. 제13항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은, 상기 액정층을 통과하는 광의 진행방향과 평행하게 돌출되고, 상기 광의 진행방향에 직교하는 소정 평면의 상기 제1방향 및 상기 제2방향을 따라서 각각 연장되는 상기 직교 격자 패턴이 상기 제1기판과 상기 제2기판 중 적어도 하나의 일면에 배치된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 직교 격자 패턴은, 상기 돌출 방향으로 기설정된 높이를 가지며, 상기 제1방향 및 상기 제2방향 각각에 대하여 제1폭 및 제2폭을 가지고, 상기 제1방향 및 제2방향 각각에 대하여 제1피치 및 제2피치를 가지고 주기적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제18에 있어서,
    상기 직교 격자 패턴은, 상기 제1폭에 대응하는 상기 제1파라미터, 상기 제2폭에 대응하는 상기 제2파라미터, 상기 제1피치에 대응하는 제3파라미터, 상기 제2피치에 대응하는 제4파라미터, 및 상기 높이에 대응하는 제5파라미터에 각각 대응하는 값들을 결정하여 설계되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제3파라미터와 상기 제4파라미터의 값은 400nm 보다 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  21. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층을 통과하는 조사광을 편광 필터링하는 제1편광층과 제2편광층을 더 포함하며,
    상기 위상차 보상층은 상기 제1편광층 및 상기 제2편광층 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1편광층은 상기 제1기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하고,
    상기 제2편광층은 상기 제2기판의 판면 상에 형성되는 선형 격자 구조를 포함하며,
    상기 위상차 보상층은 상기 제1편광층과 상기 액정층 사이 또는 상기 제2편광층과 상기 액정층 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  23. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며,
    상기 제1위상차 보상층은 상기 제1기판의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하며, 상기 제2위상차 보상층은 상기 제2기판의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  24. 제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위상차 보상층은 제1위상차 보상층과 제2위상차 보상층을 포함하며,
    상기 제1위상차 보상층은 상기 제1기판과 상기 제2기판 중 어느 하나의 일면에 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하며, 상기 제2위상차 보상층은 상기 제1위상차 보상층에 연속적으로 적층되게 형성되는 상기 직교 격자 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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