KR20230060022A - 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20230060022A
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박남규
정영진
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서울대학교산학협력단
울산과학대학교 산학협력단
재단법인 파동에너지 극한제어 연구단
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Abstract

액정표시장치용 패널; 및 상기 액정표시장치용 패널의 상부면에 적층된 리타더를 포함하고, 상기 액정표시장치용 패널은 순차적으로 적층된, 제1 편광 투명 전극, 액정 및 제2 편광 투명 전극을 포함하고, 우안 영상을 표시하는 우안 영역과 좌안 영상을 표시하는 좌안 영역의 2개의 영역으로 구분되어 있고, 상기 제1 편광 투명 전극 및 상기 제2 편광 투명 전극은 각각 편광축 방향 및 상기 편광축 방향과 직교하는 방향으로 각각 규칙적인 주기를 가진 금속 격자로 구성되고, 상기 제1 편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하고, 상기 제2편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하는 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치가 제공된다.

Description

편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치{STEREOSCOPIC LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING POLARIZED GLASSES METHOD}
본 발명은 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
입체 영상 디스플레이는 3차원 영상을 인위적으로 재생시켜주는 장치이다. 상용화되어 가장 널리 사용되는 방법은 양안 시차(binocular disparity)만을 제공하는 방법이다. 이 방법은 초점을 맞출 때 우리 눈의 수정체를 조절하는 근육의 수축과 이완을 인지하는 등의 다른 인지를 모두 포함하지 못하는 한계가 있으나 가장 쉽게 만들 수 있는 장점이 있다.
양안 시차란 좌안과 우안이 가로 방향으로 약 65mm 정도 떨어져 있으므로 같은 장면을 보더라도 비추는 각도가 서로 달라 서로 다른 이미지가 각각의 눈에 비춰지게 되는 것을 말한다. 서로 다른 각각의 이미지가 망막을 통해 뇌로 전달되면 뇌가 이를 서로 융합하여 처리함으로써 입체감을 느낄 수 있게 된다. 이를 이용하여 디스플레이 장치에서 좌우 화상 2개를 동시에 표시하고 각각의 눈으로 나누어 보내는 설계를 통해 가상적인 입체감을 만들어 내는 것이 바로 가상 3차원 입체 디스플레이인 것이다.
가상 3D 디스플레이 하드웨어 장치에서 하나의 화면으로 2채널의 화상을 나타내기 위해서는 예를 들어, 하나의 화면에서 가로나 세로의 한쪽 방향으로 줄을 한 줄씩 바꿔가며 한 채널씩 출력하게 된다. 그렇게 동시에 2채널의 화상이 하나의 디스플레이 장치에서 출력되면 하드웨어적 구조상 무 안경 방식의 경우에는 오른쪽 화상은 그대로 오른쪽 눈으로 들어가고, 왼쪽 화상은 왼쪽 눈으로만 들어가게 된다. 또한, 안경을 착용하는 방식의 경우에는 각각의 방식에 맞는 특수한 안경을 통하여 오른쪽 화상은 왼쪽 눈이 볼 수 없게 가려주고, 왼쪽 화상은 오른쪽 눈이 볼 수 없게 각각 가려주는 방법을 사용한다.
상기 안경을 착용하는 방식은 청색과 적색의 색안경을 좌우에 각각 쓰는 애너그리프(anaglyph) 방식, 시간 분할된 화면을 주기적으로 반복시키고 이 주기에 동기를 맞추는 액정 셔터가 설치된 안경을 쓰는 액정 셔터 방식, 좌우 영상의 편광을 달리하여 디스플레이에 표시하고 해당 편광만 해당 눈으로 들어오도록 편광 안경을 쓰는 편광 안경 방식 등으로 구분할 수 있다.
편광 안경 방식은 안경의 사용이 간편하며 동영상 주사율의 손해가 없으나 화면의 해상도가 절반으로 떨어지며, 양안 시차가 화면을 바라보는 각도 즉 시야각이 커질수록 (시청자가 정면에서 위 아래, 혹은 좌우로 멀어질수록) 좌안과 우안의 이미지가 서로 섞이는 상호 간섭(crosstalk)이 매우 커져 시야각이 제한되는 문제가 있다. 화소 배치에 따라 한쪽 방향으로의 시야각은 상호 간섭을 구조적으로 없앨 수 없는데 시청자가 상하로 이동하는 경우가 적은 점을 감안하여 상용 제품은 상하 방향의 시야각이 매우 좁은 문제점을 가지고 있다.
도 1과 도 2는 기존의 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치의 일 개념도 및 구동 모습을 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 액정 디스플레이 장치는 액정표시장치용 패널(10), 액정표시장치용 패널(10)의 하부면에 적층된 하부 편광판(20), 액정표시장치용 패널(10)의 상부면에 적층된 상부 편광판(30) 및 패터닝된 리타더(patterned retarder)(40)를 구비하고, 액정표시장치용 패널(10)은 하부면에서부터 순차적으로 적층된 하부 기판(1), 하부 투명 전극(2), 액정층(3), 컬러 필터(4), 상부 투명 전극(5), 상부 기판(6)을 구비하며, 액정표시장치용 패널(10)과 패터닝된 리타더(40) 전체는 좌안 영상을 구현하는 좌안 영역(LA)과 우안 영상을 구현하는 우안 영역(RA)으로 구분된다. 도 2를 참조하면, 우안 픽셀은 우원 편광을 좌안 픽셀은 좌원 편광이 되도록 디스플레이를 만드는 경우 우안 픽셀에서 좌원 편광이 발생하여 편광 안경에서 우안 픽셀의 영상이 좌안에서 보이는 현상(상호 간섭(crosstalk))이 발생하게 된다.
본 발명의 배경 기술은 한국등록특허 제10-2013-0117622호 등에 기술되어 있다.
본 발명의 목적은 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소한 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 편광판 및 패터닝된 리타더를 구비하지 않음으로써 구조 단순화 및 두께 박형화 효과를 갖는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 편광축 방향 및 편광축 방향에 직교하는 방향 각각에서 낮은 면 저항을 제공하는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점은 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치이다.
1.편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치는 액정표시장치용 패널; 및 상기 액정표시장치용 패널의 상부면에 적층된 리타더를 포함하고, 상기 액정표시장치용 패널은 순차적으로 적층된, 제1 편광 투명 전극, 액정층 및 제2 편광 투명 전극을 포함하고, 우안 영상을 표시하는 우안 영역과 좌안 영상을 표시하는 좌안 영역의 2개의 영역으로 구분되어 있고, 상기 제1 편광 투명 전극 및 상기 제2 편광 투명 전극은 각각 편광축 방향 및 상기 편광축 방향과 직교하는 방향으로 각각 규칙적인 주기를 가진 금속 격자로 구성되고, 상기 제1 편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하고, 상기 제2편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하는 것이다.
2.1에서, 상기 리타더는 전체 영역에 걸쳐 일정한 편광을 가진 복굴절층을 구비하며 패터닝되지 않을 수 있다.
3.1-2에서, 상기 액정 디스플레이 장치는 상기 액정의 상부면과 상기 액정의 하부면에 각각 적층된 편광판을 구비하지 않을 수 있다.
4.1-3에서, 상기 제1 편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 제2편광 투명 전극의 상기 좌안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하고, 상기 제1 편광 투명 전극의 상기 우안 영역과 상기 제2 편광 투명 전극의 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교할 수 있다.
5.1-4에서, 상기 제1 편광 투명 전극 및 상기 제2 편광 투명 전극의 상기 금속 격자는 각각 상기 편광축 방향의 주기가 50nm 내지 100nm이고, 상기 편광축 방향과 직교하는 방향의 주기가 50nm 내지 1000nm이고, 상기 편광축 방향과 상기 편광축 방향과 직교하는 방향에서의 선폭이 각각 20nm 내지 40nm일 수 있다.
6.1-5에서, 상기 금속 격자 중 X축 방향에 있어서, 주기 Px와 선폭 tx는 아래 식 5를 만족하고, 상기 금속 격자 중 Y축 방향에 있어서, 주기 Py와 선폭 ty는 아래 식 6을 만족할 수 있다:
[식 5]
0.4 ≤ tx/Px ≤ 0.5
[식 6]
0.03 ≤ ty/Py ≤ 0.04.
본 발명은 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소한 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하였다.
본 발명은 편광판 및 패터닝된 리타더를 구비하지 않음으로써 구조 단순화 및 두께 박형화 효과를 갖는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하였다.
본 발명은 편광축 방향 및 편광축 방향에 직교하는 방향 각각에서 낮은 면 저항을 제공하는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하였다.
도 1은 종래 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이의 일 단면도이다.
도 2는 도 1의 액정 디스플레이 장치의 구동 모습을 설명하는 것이다.
도 3은 본 발명의 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이의 일 단면도이다.
도 4는 상호 간섭의 개념을 설명하는 것이다.
도 5는 도 3의 액정 디스플레이 장치의 구동 모습을 설명하는 것이다.
도 6은 편광 투명 전극의 금속 격자에서 편광축 방향인 X 축 방향, 편광축 방향과 직교하는 방향인 Y 축 방향 및 두께 방향인 Z 축 방향을 설명하는 것이다.
도 7은 금속 격자의 확대 설명도이다.
도 8은 도 7의 금속 격자의 사양을 변경하였을 때의 시트 저항 값을 측정한 것이다.
도 9는 금속 격자 중 선폭(tx = ty)을 달리하였을 때의 투과율(transmittance)과 소광비(extinction ratio)를 3원색을 구성하는 파장 436nm, 546nm, 700nm에 따라 측정한 결과이다.
도 10은 금속 격자 중 두께(tx = ty)을 달리하였을 때의 투과율과 소광비를 3원색을 구성하는 파장 436nm, 546nm, 700nm에 따라 측정한 결과이다.
도 11은 금속 격자에 입사되는 입사각 θx, θy를 설명하는 개념도이다.
도 12는 입사각 θx를 달리하였을 때의 투과율과 소광비를 3원색을 구성하는 파장 436nm, 546nm, 700nm에 따라 측정한 결과이다.
도 13은 입사각 θy를 달리하였을 때의 투과율과 소광비를 3원색을 구성하는 파장 436nm, 546nm, 700nm에 따라 측정한 결과이다.
첨부한 도면 및 실시예를 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 명칭을 사용하였다. 도면에서 각 구성 요소의 길이, 크기는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명이 도면에 기재된 각 구성 요소의 길이, 크기에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것이고, 보는 시각에 따라 "상부"가 "하부"로 "하부"가 "상부"로 변경될 수 있다.
본 발명은 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소하고, 리타더와 픽셀 사이의 거리 차이에서 기인하는 양안 상호 간섭을 구조적으로 제거하였으며, 편광판 및 패터닝된 리타더를 구비하지 않음으로써 구조 단순화 및 두께 박형화 효과를 갖는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하였다.
본 발명의 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치는 액정표시장치용 패널; 및 상기 액정표시장치용 패널의 상부면에 적층된 리타더(retarder)를 포함하고, 상기 액정표시장치용 패널은 순차적으로 적층된, 제1 편광 투명 전극, 액정층 및 제2 편광 투명 전극을 포함하고, 우안 영상을 표시하는 우안 영역과 좌안 영상을 표시하는 좌안 영역의 2개의 영역으로 구분되어 있고, 상기 제1 편광 투명 전극 및 상기 제2 편광 투명 전극은 각각 편광축 방향 및 상기 편광축 방향과 직교하는 방향으로 각각 규칙적인 주기를 가진 금속 격자(metal grid)로 구성되고, 상기 제1 편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하고, 상기 제2편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하는 것이다. 또한, 본 발명은 편광축 방향 및 편광축 방향에 직교하는 방향 각각에서 낮은 면 저항을 제공하는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 디스플레이 장치를 제공하였다.
본 명세서에서 '편광축 방향'은 빛이 입사되었을 때 투과되는 방향으로 정의한다. '편광축 방향에 대해 직교하는 방향'은 빛이 입사되었을 때 빛이 투과되지 않고 반사되는 방향으로 정의한다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 디스플레이 장치를 설명한다.
디스플레이 장치는 액정표시장치용 패널(100); 및 액정표시장치용 패널(100)의 상부면에 적층된 리타더(200)를 포함한다. 액정표시장치용 패널(100)은 순차적으로 적층된, 제1 편광 투명 전극(110), 액정층(120) 및 제2 편광 투명 전극(140)을 포함한다.
도면에서 도시되지 않았지만, 액정표시장치용 패널(100)의 하부면에는 광원을 포함하는 백라이트 유닛(BLU)이 구비되어 있다. 그래서, 액정표시장치용 패널의 상부면은 시인측, 액정표시장치용 패널의 하부면은 광원측이 될 수 있다. 따라서, 리타더(200)는 액정표시장치용 패널(100)의 광 출사면에 배치되며, 제1 편광 투명 전극(110)으로 입사된 광은 액정층(120) 및 제2 편광 투명 전극(140)으로 입사되어 출사될 수 있다.
제1 편광 투명 전극(110), 액정층(120) 및 제2편광 투명 전극(140) 전체는 좌안 영상을 표시하는 좌안 영역(LA)과 우안 영상을 표시하는 우안 영역(RA) 총 2개의 영역으로 구분되어 있다.
제1 편광 투명 전극(110)과 제2편광 투명 전극(140)은 서로 다른 전하를 제공하는 전극일 수 있다. 예를 들면, 제1 편광 투명 전극(110)은 양극, 제2편광 투명 전극(140)은 음극이거나, 제1 편광 투명 전극(110)은 음극, 제2편광 투명 전극(140)은 양극일 수 있다.
제2 편광 투명 전극(140)은 역시 좌안 영역과 우안 영역 총 2개의 영역으로 구분되어 있다. 제2 편광 투명 전극(140)은 편광축 방향인 X축 방향 및 편광축 방향과 직교하는 방향인 Y축 방향으로 각각 규칙적인 주기를 가진 금속 격자들이 배치되어 패터닝되어 있다. 본 발명에서는 액정으로 광을 입사시키는 제1 편광 투명 전극(110)도 좌안 영역과 우안 영역 총 2개의 영역으로 구분시키고 편광축 방향인 X축 방향 및 편광축 방향과 직교하는 방향인 Y축 방향으로 각각 규칙적인 주기를 가진 금속 격자를 배치시켜 패터닝시키되, 제1 편광 투명 전극(110)의 좌안 영역의 금속 격자(112)와 우안 영역의 금속 격자(111)는 편광축 방향이 서로 직교하고, 제2편광 투명 전극(140)의 좌안 영역의 금속 격자(142)와 우안 영역의 금속 격자(141)는 편광축 방향이 서로 직교하도록 배치되도록 하였다. 추가로, 리타더(200)는 패터닝되지 않은 리타더를 구비하였으며, 액정 디스플레이 장치는 액정(120)의 상부면과 액정(120)의 하부면에 각각 적층된 편광판을 구비하지 않았다.
이를 통해, 우안 영역에서 광이 수직 방향에서 기울어진 방향으로 나아가더라도 우원 편광으로 정상적인 편광으로 출력이 되도록 할 수 있다. 따라서, 좌안과 우안의 편광 상태가 시야각이 커지더라도 편광 상태가 정상적으로 유지됨으로써 상호 간섭이 일어나지 않게 함으로써, 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 편광판 및 패터닝된 리타더를 구비하지 않음으로써 구조 단순화 및 두께 박형화 효과를 제공할 수 있다.
도 4를 참조하면, 편광 안경 방식에서 입체 영상을 표시할 때, 편광 안경(300)은 좌안 또는 우안의 각 해당 편광만 통과시킨다. 그런데, 편광 상태가 서로 맞지 않아 누설되는 영상이 반대 눈으로 들어오게 되어 상호 간섭이 일어나게 된다. 상호 간섭(단위: %)은 (반대 안으로부터 누설되어 입사되는 광의 세기)/(원래 입사되어야 하는 광의 세기) x 100으로 계산될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제2 편광 투명 전극(140) 및 제1 편광 투명 전극(110) 중 우안 영역 및 좌안 영역 각각으로부터 광이 출사되고 리타더(200)를 통과한 후 우원 편광(right handed circularly polarization)과 좌원 편광(left handed circularly polarization)을 만듬으로써 각각 우안 영상과 좌안 영상을 만들 수 있다. 우안 영역에서 수직 방향에서 기울어진 각도로 빛이 나가더라도 우원 편광으로 정상적인 편광이 출력되어 좌안 영상이 구현됨으로써 상호 간섭이 없게 된다. 이를 통해 좌안과 우안의 상호 간섭에 의한 시야각 제한의 문제점을 해소할 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 반해, 도 2를 참조하면, 우안 픽셀에서 좌원 편광이 발생하여 편광 안경에서 우안 픽셀의 영상이 좌안에서 보이는 현상이 발생하게 되어, 좌안에서 상호 간섭이 일어나게 됨으로써 상대적으로 시야각이 제한될 수 밖에 없음을 알 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 본원 발명에서는 제1 편광 투명 전극과 제2 편광 투명 전극은 좌안 영역과 우안 영역에서 편광축이 서로 직교하도록 배치된 금속 격자를 구비한다. 이를 통해, 좌안 영역과 우안 영역은 선형 편광이 서로 90도 다르게 출력되도록 할 수 있다. 예를 들면, 좌안은 -45°, 우안은 +45°의 선형 편광이 되도록 하면 좌안 영역과 우안 영역에서 나오는 광은 각각 아래 식 1, 식 2의 존스 행렬(Jones matrix)로 표시될 수 있다:
[식 1]
Figure pat00001
[식 2]
Figure pat00002
그리고, 좌안 영역과 우안 영역에서 나온 광이 리타더를 통과하면 이후 광은 각각 아래 식 3, 식 4의 존스 행렬로 표시될 수 있다:
[식 3]
Figure pat00003
[식 4]
Figure pat00004
따라서, 좌안 영상은 좌안 편광, 우안 영상은 우안 편광으로 출력될 수 있다.
제1 편광 투명 전극의 좌안 영역과 제2편광 투명 전극의 좌안 영역은 편광축 방향이 서로 직교하고, 제1 편광 투명 전극의 우안 영역과 제2 편광 투명 전극의 우안 영역은 편광축 방향이 서로 직교하도록 금속 격자들이 배치될 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소할 수 있다.
제1 편광 투명 전극의 좌안 영역과 제2편광 투명 전극의 좌안 영역의 편광축 방향이 서로 평행하거나, 제1 편광 투명 전극의 우안 영역과 제2 편광 투명 전극의 우안 영역은 편광축 방향이 서로 평행한 경우, 본 발명의 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소할 수 없다.
본 명세서에서 '격자'는 도 6, 도 7에서 보여지는 바와 같이, 편광축 방향인 X축 방향과 편광축 방향에 직교하는 Y축 방향과 두께 방향인 Z축 방향으로 구성되고, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은 서로 직교하며, X축 방향과 Y축 방향으로 각각 규칙적인 주기(각각 Px, Py)를 가지며 단면이 직사각형이며 두께가 일정한 홈이 포함되고 복수 개의 홈이 서로 이격되어 형성되어 있는 구조를 의미한다. 본 명세서에서는 주기가 상대적으로 짧은 방향을 X축 방향, 주기가 상대적으로 긴 방향을 Y축 방향으로 표시하였다.
이하에서는 제1 편광 투명 전극(110)의 우안 영역의 금속 격자(111)에 대해 설명한다. 그러나, 이하에서 설명되는 내용이 제1 편광 투명 전극(110)의 좌안 영역의 금속 격자(112), 제2 편광 투명 전극(140)의 좌안 영역의 금속 격자(142) 및 제2 편광 투명 전극(140)의 우안 영역의 금속 격자(141)에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 금속 격자는 편광축 방향인 X 축 방향, 편광축 방향과 직교하는 방향인 Y 축 방향 및 두께 방향인 Z 축 방향으로 구성된다. 광이 금속 격자를 투과할 때 광 중 X축 방향은 투과되고 Y축 방향만 투과되지 않고 반사될 수 있다.
도 7을 참조하면, 금속 격자 중 X축 방향에 있어서, 주기 Px와 선폭 tx는 아래 식 5를 만족할 수 있다: 금속 격자 중 Y축 방향에 있어서, 주기 Py와 선폭 ty는 아래 식 6을 만족할 수 있다:
[식 5]
0.4 ≤ tx/Px ≤ 0.5
[식 6]
0.03 ≤ ty/Py ≤ 0.04
상기 식 5, 식 6을 만족할 때, 본 발명의 좌안과 우안의 이미지 상호 간섭에 의한 시야각이 제한되는 문제점을 해소하는 효과를 제공하는데 용이하고 편광 투명 전극의 면 저항을 낮추는데 도움을 주어 투명 전극으로 사용하는데 도움을 줄 수 있다. 금속 격자가 알루미늄(Al)이라고 가정할 때 바람직하게는, tx/Px(Px에 대한 tx의 비율)는 0.43 내지 0.48이 될 수 있다. 바람직하게는, ty/Py(Py에 대한 ty의 비율)는 0.032 내지 0.038이 될 수 있다.
금속 격자 중 Px는 X 축 방향에 있어서, 직사각형 하나의 홈의 폭과 이격 부분(선폭, tx) 하나의 총 합이며, 50nm 내지 100nm, 바람직하게는 50nm 내지 80nm가 될 수 있다. 금속 격자 중 Py는 Y 축 방향에 있어서, 직사각형 하나의 홈의 폭과 이격 부분(선폭, ty) 하나의 총 합이며, 50nm 내지 1000nm, 바람직하게는 50nm 내지 800nm가 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 효과 구현에 용이할 수 있다.
일 구체예에서, Px는 Py보다 작을 수 있고, Px/Py(Py에 대한 Px의 비율)는 0.05 내지 0.1, 바람직하게는 0.05 내지 0.08이 될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 효과 구현에 용이할 수 있다.
선폭 tx와 ty는 동일하거나 다를 수 있고, tx는 20nm 내지 40nm, 바람직하게는 20nm 내지 30nm, ty는 20nm 내지 40nm, 바람직하게는 20nm 내지 30nm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 금속 격자의 제조가 용이하고, 본 발명의 효과 구현에 용이할 수 있다.
금속 격자 중 Z축 방향의 두께 tz는 80nm 내지 120nm, 바람직하게는 80nm 내지 100nm이 될 수 있다. 상기 범위에서, 금속 격자의 제조가 용이하고, 본 발명의 효과 구현에 용이할 수 있다.
제1 편광 투명 전극과 제2 편광 투명 전극 각각의 면 저항은 아래 식 7, 식 8로 나타낼 수 있다:
[식 7]
Figure pat00005
[식 8]
Figure pat00006
(상기 식 7, 식 8에서,
Rsx, Rsy는 각각 편광 투명 전극의 X축 방향의 면저항, Y축 방향의 면 저항이고,
Px, Py, tx, ty, tz는 상기에서 설명한 바와 동일하고,
ρ는 금속의 저항률(resistivity)이다).
제1 편광 투명 전극(110), 제2 편광 투명 전극(140)은 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 도핑된 반도체, 탄소나노튜브, 풀러렌(fullerene), 전도성 플라스틱, 전기 전도성 복합재료 중 선택되는 1종 이상의 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
상술 Px, Py, tx, ty, tz를 만족하는 금속 격자는 당업자에게 알려진 통상의 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 금속 격자는 나노임프린트 리소그래피(nanoimprint lithography) 공정 등으로 제조될 수 있다.
리타더(200)는 제1 편광 투명 전극(110)과 제2 편광 투명 전극(140) 각각으로부터 출사된 광이 통과하여 좌안 영상과 우안 영상을 제공하도록 할 수 있다. 제1 편광 투명 전극과 제2 편광 투명 전극은 각각 도 4에서 도시되는 바와 같이 수직하거나 수평한 편광 상태의 광을 출사하기 때문에, 리타더는 수직하거나 수평한 편광 상태의 광을 좌원 편광 또는 우원 편광으로 만들어주기만 하면 된다. 따라서, 리타더는 종래 패터닝된 리타더와 같이 패터닝되지 않고 전 영역에 걸쳐 일정한 편광을 가진 복굴절층을 구비하기만 하면 된다.
일 구체예에서, 도 3에서 도시되지 않았지만, 리타더는 유리 또는 고분자 필름 소재의 기판, 및 상기 기판의 상부면 또는 하부면에 적층된 복굴절층을 구비할 수 있다.
액정층(120)은 액정 디스플레이 장치 중 당업자에게 통상적으로 사용된 액정을 포함할 수 있다. 예를 들면, 액정층은 IPS(in plane switching), TN(twisted nematic), VA(vertical alignment), FFS(fringe field switching) 등의 액정을 구비할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
액정표시장치용 패널(100)은 제1 편광 투명 전극(110), 액정층(120) 및 제2 편광 투명 전극(140) 모두를 하나의 패널에 안정적으로 집합시키기 위하여, 제1 편광 투명 전극(110)의 하부면에 제1 기판(160), 제2 편광 투명 전극(110)의 상부면에 제2 기판(150)을 더 구비할 수 있다. 결국, 액정표시장치용 패널은 하부면에서부터 순차적으로 적층된, 제2기판, 제2 편광 투명 전극, 액정층, 제1 편광 투명 전극, 및 제1 기판을 구비할 수 있다.
제1기판(160), 제2기판(150)은 각각 액정 디스플레이 장치 중 당업자에게 알려진 통상의 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 기판(160), 제2기판(150)은 각각 유리 또는 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀, 폴리카보네이트 등의 폴리머 필름으로 형성될 수 있다.
액정층(120)과 제2 편광 투명 전극(140) 사이에는 컬러 필터(130)가 더 적층될 수 있다. 컬러 필터(130)는 좌안 영역과 우안 영역에 각각 적층됨으로써 광의 색순도를 높일 수 있다. 컬러 필터(130)는 당업자에게 알려진 통상의 종류를 채용하여 사용할 수 있다.
도 3에서 도시되지 않았지만, 액정 디스플레이 장치는 광원을 포함하는 백라이트 유닛을 제1 기판(160)의 하부면에 더 구비할 수 있다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치는 액정표시장치용 패널, 리타더 및 백라이트 유닛을 조립함으로써 제조될 수 있다. 상기 조립 방법은 당업자에게 알려진 방법에 따라 수행될 수 있다.
도 8은 본원 발명의 제1편광 투명 전극 또는 제2 편광 투명 전극 각각에서 Px, Py, tx, ty, tz를 각각 변경시켰을 때 X 축 방향의 면저항(Rxs)과 Y축 방향의 면저항(Rys)를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 면저항 단위는 Ω/sq이다.
도 8을 참조하면, Px와 Py 값과 tz, tx, ty 값을 변경함으로써 면저항(Rxs)과 면저항(Rys)이 변화됨을 알 수 있다. 바람직하게는, Px가 50nm 내지 100nm, 바람직하게는 50nm 내지 80nm, Py가 50nm 내지 1000nm, 바람직하게는 50nm 내지 800nm일 때, tx와 ty는 동일하고 20nm 내지 40nm, 바람직하게는 20nm 내지 30nm, tz는 80nm 내지 120nm, 바람직하게는 80nm 내지 100nm일 때, 면저항(Rxs)과 면저항(Rys)이 디스플레이에 적합한 투과율과 소광비를 유지하는 범위에서 최저값이 됨을 확인할 수 있다.
도 9는 Px를 70nm, Py를 800nm, tz를 100nm라고 하고, tx와 ty는 서로 동일하되 10nm 내지 70nm로 변화시켰을 때, 투과율과 소광비를 각각 3원색에 대해 시뮬레이션한 결과이다.
도 10은 Px를 70nm, Py를 800nm, tx와 ty를 각각 30nm라고 하고, tz를 10nm 내지 120nm로 변화시켰을 때, 투과율과 소광비를 각각 3원색에 대해 시뮬레이션한 결과이다.
도 11은 본 발명의 제1편광 투명 전극과 제2편광 투명 전극 각각에서 입사각 θx, θy를 설명하는 개념도이다. 도 12는 Px를 70nm, Py를 800nm, tx와 ty를 각각 30nm, tz를 100nm로 하였을 때, 입사각 θx에 따른 투과율과 소광비를 나타낸 것이며, 도 13은 Px를 70nm, Py를 800nm, tx와 ty를 각각 30nm, tz를 100nm로 하였을 때, 입사각 θy에 따른 투과율과 소광비를 나타낸 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.　

Claims (6)

  1. 액정표시장치용 패널; 및 상기 액정표시장치용 패널의 상부면에 적층된 리타더를 포함하고,
    상기 액정표시장치용 패널은 하부면에서부터 순차적으로 적층된, 제1 편광 투명 전극, 액정 및 제2 편광 투명 전극을 포함하고, 우안 영상을 표시하는 우안 영역과 좌안 영상을 표시하는 좌안 영역의 2개의 영역으로 구분되어 있고,
    상기 제1 편광 투명 전극 및 상기 제2 편광 투명 전극은 각각 편광축 방향인 X 축 방향 및 상기 편광축 방향과 직교하는 방향인 Y 축 방향으로 각각 규칙적인 주기를 가진 금속 격자로 구성되고,
    상기 제1 편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하고,
    상기 제2편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하는 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리타더는 전체 영역에 걸쳐 일정한 편광을 가진 복굴절층을 구비하며 패터닝되지 않은 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액정 디스플레이 장치는 상기 액정의 상부면과 상기 액정의 하부면에 각각 적층된 편광판을 구비하지 않는 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광 투명 전극의 상기 좌안 영역과 상기 제2편광 투명 전극의 상기 좌안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하고,
    상기 제1 편광 투명 전극의 상기 우안 영역과 상기 제2 편광 투명 전극의 상기 우안 영역은 상기 편광축 방향이 서로 직교하는 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광 투명 전극 및 상기 제2 편광 투명 전극의 상기 금속 격자는 각각 상기 편광축 방향의 주기가 50nm 내지 100nm이고, 상기 편광축 방향과 직교하는 방향의 주기가 50nm 내지 1000nm이고, 상기 편광축 방향과 상기 편광축 방향과 직교하는 방향에서의 선폭이 각각 20nm 내지 40nm인 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속 격자 중 X축 방향에 있어서, 주기 Px와 선폭 tx는 아래 식 5를 만족하고, 상기 금속 격자 중 Y축 방향에 있어서, 주기 Py와 선폭 ty는 아래 식 6을 만족하는 것인, 편광 안경 방식의 액정 디스플레이 장치:
    [식 5]
    0.4 ≤ tx/Px ≤ 0.5
    [식 6]
    0.03 ≤ ty/Py ≤ 0.04.

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