KR20230130834A - 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 픽셀들을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 복수 개의 픽셀들 중 하나의 픽셀은, 서로 인접하는 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 갖고, 상기 하나의 픽셀은: 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 제공되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 제공되는 메타물질층, 상기 메타물질층은 상기 제1 서브 픽셀 내의 제1 메타물질층 및 상기 제2 서브 픽셀 내의 제2 메타물질층을 포함하고; 상기 제1 및 제2 메타물질층들 상에 제공되는 액정층; 상기 액정층 상에 제공되는 제2 전극; 및 상기 제2 전극 상에 제공되는 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 및 제2 메타물질층들은 서로 다른 특성의 메타물질을 포함할 수 있다.

Description

액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 동작 방법{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND A METHOD FOR OPERATING THE SAME DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 동작 방법에 관한 것으로, 상세하게는 신발 검색 장치 및 신발 검색 방법에 관한 것으로, 상세하게는 복수 개의 픽셀 내에서 메타물질들을 이용하여 서브 픽셀들을 포함하는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 동작 방법에 관한 것이다.
현재 상용화된 표시 장치로는 액정 표시 장치(liquid crystal display), 플라즈마 표시 장치(plasma display panel), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등이 있으며, 이들의 구동 방식으로는 적색광, 녹색광, 청색광 및/또는 백색광을 발광하는 화소들을 각각 형성하여 개별 발광하거나, 광원으로부터 발생된 광을 컬러필터에 통과시켜 화소들에 대응되는 색상을 구현하는 방식을 사용하고 있다.
액정 표시 장치(liquid crystal display)에서 액정(liquid crystal)이란 결정과 액체의 중간 상태(mesophase)인 물질일 수 있다. 액정이라고 하는 명칭은 액 체(Liquid)의 유동성과 결정(Crystal)의 이방성의 특징에서 유래되었다. 액정은 결정상태에서 입자의 위치와 방 향에 질서를 가진다. 하지만 액정은 액체 상태에서 무질서한 위치 및 방향을 가진다.
개별 발광 방식의 표시 장치의 경우 색순도가 높아 화질이 우수한 경향이 있으나, 각 화소 별로 다른 물질 및 특성을 갖는 소자를 형성해야 하므로 공정 난이도가 높으며, 이에 따라 대형화에 어려움이 있다. 반면 광원을 컬러 필터에 통과시키는 표시 장치의 경우 전자 대비 대면적으로 구현하기 용이한 경향이 있지만, 컬러필터가 광을 흡수하므로 방출광의 에너지 손실이 불가피하고 최종 방출광의 반치폭이 넓은 편이므로 휘도와 색순도가 저하될 우려가 있다. 또한 액정 표시 장치와 같은 광원을 컬러 필터에 통과시키는 표시 장치의 경우 픽셀의 해상도와 관련하여 광원장치, 컬러 필터 등 물리적인 한계로 인해 스케일을 축소화하는데 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제점 등을 해결하기 위해 표시 장치에 메타 물질을 적용하는 사례가 증가하고 있다.
메타물질 (metamaterial)이란, '더 높은', '초월 한' 과 같은 의미를 지니는 접두어인 meta-와 물질을 나타내는 material이 결합된 신조어이며, 광범위한 의미로 기존에 존재 하는 물질들을 이용하여 적절한 기하학적 주기 구조를 설계함으로써, 자연상에 존재하지 않는 인위적인 물성을 지니도록 설계 및 제작된 물질을 일컫는다. 초기의 메타물질과 달리 마이크로파 및 음파 대비 파장이 짧은 광파에 대한 메타물질 설계가 나노 공정 기술들이 발전함에 따라 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히 최근에 메타물질의 응용분야가 넓어짐에 따라 적용분야에 따라 다양한 특성이 요구되게 되며 이를 해결하기 위한 메타물질에 적용될 수 있는 새로운 물질 개발이 많은 관심을 받고 있다. 홀로그래피, 광 집적소자 등 빠르게 다이나믹한 특성 변화가 요구되는 소자 등에 메타물질이 적용되기 위해서는 외부 신호에 따른 유전 특성이 자유롭게 변하는 능동 메타물질 개발이 필요하게 되며, 표시 장치에 있어서도 여러 메타물질의 적용, 조합 등이 테스트 되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 서로 다른 형태의 광변조가 가능하도록 서브 픽셀을 구성하여 픽셀의 해상도가 증가되고 고집적화된 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 복수 개의 픽셀들을 포함하는 액정 표시 장치는, 상기 복수 개의 픽셀들 중 하나의 픽셀은, 서로 인접하는 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 갖고, 상기 하나의 픽셀은: 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 제공되는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 제공되는 메타물질층, 상기 메타물질층은 상기 제1 서브 픽셀 내의 제1 메타물질층 및 상기 제2 서브 픽셀 내의 제2 메타물질층을 포함하고; 상기 제1 및 제2 메타물질층들 상에 제공되는 액정층; 상기 액정층 상에 제공되는 제2 전극; 및 상기 제2 전극 상에 제공되는 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 및 제2 메타물질층들은 서로 다른 특성의 메타물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른 복수 개의 픽셀들을 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법은, 상기 복수 개의 픽셀들 중 하나의 픽셀은, 서로 인접하는 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 갖고, 상기 하나의 픽셀은 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 제공되는 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 제공되는 메타물질층, 상기 메타물질층은 상기 제1 서브 픽셀 내의 제1 메타물질층 및 상기 제2 서브 픽셀 내의 제2 메타물질층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 메타물질층들 상에 제공되는 액정층, 상기 액정층 상에 제공되는 제2 전극 및 상기 제2 전극 상에 제공되는 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 및 제2 메타물질층들은 서로 다른 특성의 메타물질을 포함하며, 상기 제1 전극에 전압을 가하지 않는 단계; 상기 제1 메타물질 상에 제공되는 제1 액정층 일부를 제1 값으로 위상 변조시키고 상기 제2 메타물질 상에 제공되는 제2 액정층 일부를 제2 값으로 위상 변조시키는 제1 전압을 가하는 단계; 상기 제1 액정층 일부를 상기 제1 값으로 유지시키고 상기 제2 액정층 일부를 상기 제1 값으로 위상 변조시키는 제2 전압을 가하는 단계; 상기 제1 액정층 일부를 상기 제2 값으로 위상 변조시키고 상기 제2 액정층 일부를 상기 제1 값으로 유지시키는 제3 전압을 가하는 단계; 및 상기 제1 액정층 일부를 상기 제2 값으로 유지시키고 상기 제2 액정층 일부를 상기 제2 값으로 위상 변조시키는 제4 전압을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 하나의 픽셀에서 2개 이상의 데이터 구현이 가능하며, 픽셀 피치가 감소되고 해상도가 증대되는 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 동작 방법을 제공할 수 있다. 하나의 픽셀에서 2개 이상의 데이터를 구현하는 것이 구동 신호수의 증가에 의하지 않고 이루어짐에 따라 구동 속도의 증대나 구동용 데이터 감소를 가져올 수 있다. 또한 본 발명의 개념에 따르면, 서로 다른 특성을 갖는 메타 물질들이 포함된 서브 픽셀이 가능함에 따라 저비용으로 해상도 증대가 가능할 수 있다. 이로 인해 마이크로 디스플레이, 3D 디스플레이, 3D 홀로그램 재현 영역에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 보여주는 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 인가된 전압과 액정의 위상 변조 관계를 보여주는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 픽셀에서 액정이 거동하는 과정을 보여주는 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 메타물질층의 배치 및 조합을 보여주는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 층이 다른 층 '상(上)에' 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 상면에 직접 형성되거나 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 층 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 층이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 층을 다른 영역 또는 층과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도 1 내지 도 7를 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 액정 표시 장치 동작 방법의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 픽셀을 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 액정 표시 장치는 복수의 게이트 라인들(GL) 및 복수의 데이터 라인들(DL)을 포함할 수 있다. 데이터 라인들(DL)은 게이트 라인들(GL)과 교차할 수 있다. 게이트 라인들(GL)은 비표시부로 연장되어 게이트 드라이버에 접속될 수 있다. 데이터 라인들(DL)은 비표시부로 연장되어 데이터 드라이버에 접속될 수 있다. 픽셀(PX)은 액정 표시 장치의 표시부에 위치할 수 있다. 인접하여 위치한 복수의 픽셀들(PX)은 하나의 단위를 이룰 수 있다. 예를 들어, 동일한 게이트 라인(GL)에 접속되며 인접한 복수의 픽셀들(PX)은 하나의 단위를 이룰 수 있다. 인접한 픽셀들(PX)은 서로 다른 데이터 라인(DL)에 접속될 수 있다. 예를 들어, 한 픽셀(PX)은 홀수 번째 데이터 라인(DL)에 접속될 수 있고, 이 픽셀(PX)과 인접한 다른 픽셀(PX)은 짝수 번째 데이터 라인(DL)에 접속될 수 있다.
수평라인을 따라 배열된 픽셀들(PX)은 데이터 라인들(DL) 각각에 개별적으로 접속될 수 있다. 아울러, 수평라인을 따라 배열된 픽셀들(PX)은 게이트 라인(GL)에 공통으로 접속될 수 있다. 이에 따라, 수평라인을 따라 배열된 픽셀들(PX)은 게이트 신호를 공통으로 공급받을 수 있다.
하나의 픽셀(PX)은 박막 트랜지스터(TFT), 액정용량 커패시터 및 보조용량 커패시터를 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(GE), 소스 전극(SE), 드레인 전극(DE), 반도체(SM)를 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인(GL)으로부터 제공된 게이트 신호에 따라 턴-온(Turn on) 될 수 있다. 턴-온(Turn on)된 박막 트랜지스터(TFT)는 데이터 라인(DL)으로부터 제공된 아날로그 영상 데이터 신호를 액정용량 커패시터 및 보조용량 커패시터로 공급할 수 있다. 액정용량 커패시터는 서로 대향하여 위치한 픽셀 전극과 공통 전극을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 보여주는 단면도들이다. 설명의 편의상 도 2a 및 도 2b에 생략되었지만, 액정 표시 장치는 게이트 라인(도 1의 GL), 게이트 절연막, 데이터 라인(도 1의 DL), 박막 트랜지스터(도 1의 TFT), 보호막 등을 포함할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 액정 표시 장치는 제1 기판(100), 제1 전극(110), 제1 메타물질층(112) 및 제2 메타물질층(114)을 포함하는 메타물질층들, 평탄화막(120), 액정층(200), 제2 전극(310), 컬러 필터층(320) 및 제2 기판(300)을 포함할 수 있다.
제1 기판(100)은 유기물 또는 무기물을 포함할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 제1 기판(100)은 소다석회유리(soda lime glass) 또는 보로 실리케이트 유리와 같은 절연 기판일 수 있다. 또는, 제1 기판(100)은 유연성 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 유연성 재료로 플라스틱 물질이 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(100)은 캡톤 (kapton), 폴리에테르술폰 (polyethersulphone: PES), 폴리카보네이트 (polycarbonate: PC), 폴리이미드 (polyimide: PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate: PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate: PEN), 폴리아크릴레이트 (polyacrylate: PAR) 및 섬유 강화 플라스틱 (fiber reinforced plastic: FRP) 등으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나로 만들어질 수 있다. 또한, 제1 기판(100)은 투명하거나, 반투명하거나, 불투명할 수 있다.
제1 기판(100)상에 복수의 게이트 라인(도 1의 GL)이 배치될 수 있고, 게이트 라인(도 1의 GL) 상에 게이트 절연막이 배치될 수 있다. 데이터 라인(도 1의 DL)은 게이트 라인(도 1의 GL)과 교차하는 방향으로 배치될 수 있다. 게이트 라인(도 1의 GL) 및 데이터 라인(도 1의 DL)은 박막 트랜지스터(도 1의 TFT)에 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 박막 트랜지스터(도 1의 TFT), 데이터 라인(도 1의 DL) 및 게이트 절연막 상에 보호막이 배치될 수 있다. 보호막은 박막 트랜지스터(도 1의 TFT), 데이터 라인(도 1의 DL) 및 게이트 절연막을 덮어 탈락을 방지할 수 있고, 보호막 상에 배치된 다른 도전물질로부터 절연시킬 수 있다.
제1 기판(100)은 도 2a와 같이 평면적 관점에서 복수의 픽셀들(PX)을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들(PX) 중 하나의 픽셀(PX)은 서로 인접하는 제1 서브 픽셀(SPX1) 및 제2 서브 픽셀(SPX2)을 포함할 수 있다. 하나의 픽셀(PX)은 제1 기판(100), 제1 전극(110), 메타물질층들, 액정층(200), 제2 전극(310) 및 제2 기판(300)을 포함할 수 있다. 여기서 메타물질층들은 제1 서브 픽셀 내의 제1 메타물질층(112) 및 제2 서브 픽셀 내의 제2 메타물질층(114)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 하나의 픽셀(PX)은 복수 개의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다.
제1 전극(110)은 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 제1 전극(110)은 픽셀 전극일 수 있다. 복수 개의 제1 전극들(110)이 제1 기판(100)상에 이격되어 배치될 수 있다. 제1 전극(110)은 면 형상 또는 선 형상일 수 있다. 제1 전극(110)은 사각형의 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 제1 전극(110)의 평면적 형상은 원형, 타원형 또는 육각형과 같이 다양하게 변형 될 수 있다.
제1 전극(110)은 투과형 전극, 반투과형 전극 및 반사형 전극 중 어느 하나일 수 있다. 투과형 전극 형성을 위하여 투명 도전성 산화물(TCO; Transparent Conductive Oxide)이 사용될 수 있다. 투명한 도전성 산화물(TCO)로, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등이 있을 수 있다. 반투과형 전극 및 반사형 전극 형성을 위하여 마그네슘(Mg), 은(Ag), 금(Au), 칼슘(Ca), 리튬(Li), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 구리(Cu)와 같은 금속 또는 이들의 합금이 사용될 수 있다. 이때, 반투과형 전극과 반사형 전극은 두께로 결정될 수 있다. 일반적으로, 반투과형 전극은 약 200nm 이하의 두께를 가질 수 있고, 반사형 전극은 300nm 이상의 두께를 가질 수 있다. 반투과형 전극은 두께가 얇아질수록 빛의 투과율이 높아지지만 저항이 커지고, 두께가 두꺼워질수록 빛의 투과율이 낮아질 수 있다. 또한, 반투과형 및 반사형 전극은 금속 또는 금속의 합금으로 된 금속층과 금속층 상에 적층된 투명 도전성 산화물(TCO)층을 포함하는 다층 구조로 제공될 수 있다.
메타물질층들은 제1 전극(110) 상에 배치될 수 있다. 메타물질층들은 제1 메타물질층(112) 및 제2 메타물질층(114)을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 제1 메타물질층(112)은 하나의 픽셀(PX) 내에서 제1 서브 픽셀(SPX1)에 포함될 수 있고, 제2 메타물질층(114)는 하나의 픽셀(PX) 내에서 제2 서브 픽셀(SPX2)에 포함될 수 있다. 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 서로 다른 특성을 가질 수 있다. 일 실시예에 의하면, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 평탄화막(120)에 의해 액정층(200)과 이격되어 제공될 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)의 상부와 액정층(200)의 하부가 결합되어 제공될 수 있다.
제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 제1 전극(110)의 형태에 대응되는 사각형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 반원형의 형상을 가질 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)의 평면적 형상은 원형, 타원형 또는 육각형과 같이 다양하게 변형 될 수 있다.
제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 나노 프린팅이 된 메타표면(Metasurface)을 포함할 수 있다. 메타표면(Metasurface)은 2차원 형태의 메타물질의 패턴을 의미할 수 있다. 메타표면(Metasurface)은 서브-파장(subwavelength) 크기의 소자들로 이뤄진 2차원 패턴을 가질 수 있다. 메타물질층들의 메타물질은 자연에 존재하는 물질을 인공적으로 가공한 물질군 중 하나일 수 있다.
제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 칼코지나이드 계열의 상변화 물질(GeSbTe), 바나듐 옥사이드(VOx) 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 칼코지나이드 계열의 상변화 물질로는 GST() 박막이 있을 수 있다. GST 박막은 글래스(Glass) 온도와 녹는점 온도 사이에서 열처리를 할 때 비정질 구조에서 결정 구조로 바뀌는 물질이다. 비정질 구조가 형성된 영역과 결정 구조가 형성된 영역은 광학적 특성이 다르므로 이를 이용해 빛을 제어할 수 있다. 바나듐 옥사이드(VOx)는 68℃ 근처에서 Metal-Insulator 상전이를 하면서 전자농도가 1.9E23으로 급격하게 증가하고 유전상수도 급격하게 변화하는 물질이다. 바나듐 옥사이드(VOx)는 상전이 온도 부근에서 Hysteresis 특성을 나타내기 때문에 기판의 온도를 약 68℃로 유지하고 레이저를 이용해 국부적으로 열을 가하면 그 지역만 금속으로 상전이를 할 수 있다. 이를 이용해 메타물질-액정 간 거동 변화를 제어할 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)는 가역전착 기술을 통해 제공될 수 있다. 가역전착 기술은 전도성 전극의 표면에 Ag 등의 금속을 가역적으로 증착 또는 소거할 수 있는 기술일 수 있다. 증착된 Ag는 우수한 금속의 특성을 가지며 광학적으로 금속 반사의 특징을 가질 수 있다.
제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 서로 다른 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 메타물질층(112)은 칼코지나이드 계열의 상변화 물질을 포함할 수 있고, 제2 메타물질층(114)은 바나듐 옥사이드(VOx) 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라 제1 메타물질층(112)의 결정 구조가 바뀌는 온도와 제2 메타물질층(114)이 상전이하는 온도가 다를 수 있다. 픽셀(PX)에 가하는 온도를 달리하는 경우, 서로 다른 특성을 가진 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)이 액정층(200)의 거동에 영향을 줄 수 있다.
평탄화막(120)은 제1 전극(110) 및 메타물질층들 상에 제공될 수 있다. 평탄화막(120)은 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)과 액정층(200)을 이격시킬 수 있다. 평탄화막(120)은 절연성 소재를 포함할 수 있다. 평탄화막(120)은 제1 전극(110)과 직접 접촉한 면에 절연성 소재로 이루어진 제1 층과, 제1 층 위에 제1 메타물질층(112) 및 제2 메타물질층(114)를 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다.
액정층(200)은 제1 기판(100)의 픽셀(Px) 상에 배치될 수 있다. 액정층(200)이 제1 전극(110) 및 제2 전극(310) 사이에 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 액정층(300)이 제1 전극(110) 상의 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114) 및 제2 전극(310) 사이에 제공될 수 있다. 액정층(200) 내에 별도의 격벽이 제공되지 않을 수 있다. 이에 따라, 픽셀(PX)의 너비가 감소할 수 있다. 픽셀(PX)의 너비는 픽셀(PX)의 피치와 실질적으로 동일한 값을 가질 수 있다. 여기에서, 제1 기판(100) 상에 복수의 제1 전극들(110)이 포함되고, 픽셀(PX)의 피치는 인접한 두 제1 전극들(110)의 사이의 피치를 의미할 수 있다. 액정층(200)은 액정 분자들을 포함할 수 있고, 액정 분자들은 음의 유전율을 가지며 수직 배향된 액정 분자일 수 있다. 다른 실시예에 의하면, 액정층(200)의 액정 분자들은 수평 배향된 액정 분자일 수 있다.
제2 전극(310)은 액정층(200) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(310)은 제1 전극(110)과 중첩하게 배치될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 제2 전극(310)은 면 형상으로서, 제1 전극(110)과 관련하여 전술한 투과형 전극, 반투과형 전극 및 반사형 전극 중 어느 하나일 수 있다. 제2 전극(310)은 공통 전극일 수 있다. 제2 전극(310)은 제1 전극(110)과 함께 액정층(200)에 전계를 인가할 수 있다. 이에 따라, 제2 전극(310)과 제1 전극(110) 사이의 액정층(200)에 전계가 형성될 수 있다.
컬러 필터층(320)은 제2 전극(310) 상에 배치될 수 있다. 액정층(200)을 통과한 빛이 컬터 필터층(320)을 투과할 수 있다. 컬러 필터층(320)은 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다.
제2 기판(300)은 컬러 필터층(320) 상에 배치될 수 있다. 제2 기판(300)은 제1 기판(100)과 대향되게 배치될 수 있다. 제2 기판(300)은 제1 기판(100)과 동일하거나 상이한 재료일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 액정 표시 장치는 도 2a의 액정 표시 장치에 백라이트 유닛(BLU), 제1 편광판(130), 제2 편광판(330)을 더 포함할 수 있다.
백라이트 유닛(BLU)은 액정 표시 장치에 광원을 제공할 수 있다. 백라이트 유닛(BLU)는 제1 편광판(130)을 향해 광원을 제공할 수 있다. 광원은 가시광선 영역의 백색광일 수 있다. 백라이트 유닛(BLU)은 냉음극 형광램프, 외부전극 형광램프, 발광 다이오드(LED), 평판형 형광램프 중 하나 일 수 있다.
제1 편광판(130)은 백라이트 유닛(BLU) 상에 배치될 수 있다. 또는 제1 편광판(130)은 제1 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 제1 편광판(130)은 백라이트 유닛(BLU)으로부터 제공된 광원의 수직 또는 수평 편파를 구분하여 통과시킬 수 있다. 즉, 제1 편광판(130)은 수직 편광판 또는 수평 편광판일 수 있다. 제1 편광판(130)을 통과한 광원은 일 방향으로만 진동하는 광원일 수 있다.
제2 편광판(330)은 제2 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 제2 편광판(130)은 광원의 수직 또는 수평 편파를 구분하여 통과시킬 수 있다. 이 때, 제1 편광판(130)과 제2 편광판(330)은 광원을 차단하는 차단막의 방향의 각도가 90도를 이룰 수 있다. 즉, 제1 편광판(130)이 수직 편광판인 경우 제2 편광판(330)은 수평 편광판일 수 있고, 제1 편광판(130)이 수평 편광판인 경우 제2 편광판(330)은 수직 편광판일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 인가된 전압과 액정의 위상 변조 관계를 보여주는 도면이다. 도 4a 내지 도 4d는 도 3에서 인가된 전압에 따라 액정 표시 장치의 픽셀에서 액정이 거동하는 과정을 보여주는 단면도들이다.
도 3 및 도 4a를 참조하면, 액정 표시 장치의 픽셀(PX)의 제1 전극(100)에 제1 전압(Va)이 인가된 경우 액정층(200)의 거동을 알 수 있다. 액정층(200)은 제1 메타물질층(112) 상에 배치되는 액정층 제1 부분(210)과 제2 메타물질층(114) 상에 배치되는 액정층 제2 부분(220)을 포함할 수 있다. 제1 전압(Va)이 제1 전극(100)에 인가될 때, 서로 다른 특성을 가진 메타물질을 포함하는 메타물질층들(112, 114)에 대응되는 액정층 제1 부분(210)과 액정층 제2 부분(220)의 거동이 달라질 수 있다. 즉, 동일한 제1 전압(Va)을 인가하여도 액정층 제1 및 제2 부분(210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 이 경우, 액정 분자가 수직방향으로 더 가깝게 배열되는 값을 제1 값(하이값), 액정 분자가 수평방향으로 더 가깝게 배열되는 값을 제2 값(로우값)이라 한다. 인가된 제1 전압(Va)에 따라 액정층 제1 부분(210)은 제1 값으로 위상이 변조될 수 있고, 액정층 제2 부분(220)은 제2 값으로 위상이 변조될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(210)을 투과한 빛(광원)은 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있고, 액정층 제2 부분(220)을 투과한 빛(광원)은 컬러 필터층(도 2b의 320) 및 제2 편광판(도 2b의 330)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있다.
도 3 및 도 4b를 참조하면, 액정 표시 장치의 픽셀(PX)의 제1 전극(100)에 제2 전압(Vb)이 인가된 경우 액정층(200)의 거동을 알 수 있다. 제2 전압(Vb)이 제1 전극(100)에 인가될 때, 서로 다른 특성을 가진 메타물질을 포함하는 메타물질층들(112, 114)에 대응되는 액정층 제1 부분(210)과 액정층 제2 부분(220)의 거동이 달라질 수 있다. 즉, 동일한 제2 전압(Vb)을 인가하여도 액정층 제1 및 제2 부분(210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제2 전압(Vb)에 따라 액정층 제1 부분(210)은 제1 값으로 위상이 유지될 수 있고, 액정층 제2 부분(220)은 제1 값으로 위상이 변조될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(210)을 투과한 빛(광원)은 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있고, 액정층 제2 부분(220)을 투과한 빛(광원)도 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있다. 이 경우, 빛(광원)이 모두 차단되어 액정 표시 장치의 표시부에 표시되는 색은 블랙(Black)일 수 있다.
도 3 및 도 4c를 참조하면, 액정 표시 장치의 픽셀(PX)의 제1 전극(100)에 제3 전압(Vc)이 인가된 경우 액정층(200)의 거동을 알 수 있다. 제3 전압(Vc)이 제1 전극(100)에 인가될 때, 서로 다른 특성을 가진 메타물질을 포함하는 메타물질층들(112, 114)에 대응되는 액정층 제1 부분(210)과 액정층 제2 부분(220)의 거동이 달라질 수 있다. 즉, 동일한 제3 전압(Vc)을 인가하여도 액정층 제1 및 제2 부분(210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제3 전압(Vc)에 따라 액정층 제1 부분(210)은 제2 값으로 위상이 변조될 수 있고, 액정층 제2 부분(220)은 제1 값으로 위상이 유지될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(210)을 투과한 빛(광원)은 컬러 필터층(도 2b의 320) 및 제2 편광판(도 2b의 330)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있고, 액정층 제2 부분(220)을 투과한 빛(광원)도 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있다.
도 3 및 도 4d를 참조하면, 액정 표시 장치의 픽셀(PX)의 제1 전극(100)에 제4 전압(Vd)이 인가된 경우 액정층(200)의 거동을 알 수 있다. 제4 전압(Vd)이 제1 전극(100)에 인가될 때, 서로 다른 특성을 가진 메타물질을 포함하는 메타물질층들(112, 114)에 대응되는 액정층 제1 부분(210)과 액정층 제2 부분(220)의 거동이 달라질 수 있다. 즉, 동일한 제4 전압(Vd)을 인가하여도 액정층 제1 및 제2 부분(210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제4 전압(Vd)에 따라 액정층 제1 부분(210)은 제2 값으로 위상이 유지될 수 있고, 액정층 제2 부분(220)은 제2 값으로 위상이 변조될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(210)을 투과한 빛(광원)은 컬러 필터층(320)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있고, 액정층 제2 부분(220)를 투과한 빛(광원)도 컬러 필터층(320)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있다.
도 3 내지 도 4d를 참조하면, 하나의 픽셀(PX)은 액정층 제1 및 제2 부분(210, 220)은 각각 대응되는 2개의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 이에 따라 통상의 액정 표시 장치처럼 하나의 전압에 의해 하나의 데이터가 구현되는 것이 아니라 하나의 전압에 의해 2개 이상의 데이터 구현이 가능할 수 있다. 이러한 데이터의 구현이 구동 신호수(전압 등)의 증가에 의하지 않고 이루어짐에 따라 구동 속도의 증대나 구동용 데이터 감소를 가져올 수 있다. 또한 픽셀(PX)이 복수 개의 서브 픽셀들을 포함하면서 픽셀(PX) 피치의 감소와 해상도의 증대 효과를 가져올 수 있다. 초고해상도 디스플레이 장치의 경우 고비용을 통해서만 해상도 증대가 가능하지만, 본 발명의 실시예에 의하면 저비용으로도 해상도 증대가 가능하므로 향후 마이크로 디스플레이 분야나 3D 디스플레이 분야에도 적용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 메타물질층의 배치 및 조합을 보여주는 평면도이다.
도 5a 내지 5d를 참조하면, 하나의 전압에 의해 2개 이상의 데이터 구현이 가능한 메타물질층들의 배치에 관한 다양한 실시예들을 알 수 있다. 도 5a 및 도 5b의 경우, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 제1 전극(110)의 형태에 대응되는 사각형을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)은 서로 인접하게 배치될 수 있고, 평면상에서 가로 또는 세로방향으로 배치될 수 있다. 도 5c 및 도 5d의 경우, 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114) 각각은 반원형을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)들은 서로 인접하게 배치될 수 있고, 평면상에서 가로 또는 세로방향으로 배치될 수 있다. 이러한 경우 제1 및 제2 메타물질층들(112, 114)의 평면상에서의 형태는 원형일 수 있다.
도 5e 내지 도 5f를 참조하면, 하나의 전압에 의해 4개 이상의 데이터 구현이 가능한 메타물질층들의 배치에 관한 다양한 실시예들을 알 수 있다. 도 5e의 경우, 제1 내지 제4 메타물질층들(112, 114, 116 118)은 제1 전극(110)의 형태에 대응되는 사각형을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 메타물질층들(112, 114, 116 118)은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 도 5f의 경우, 제1 내지 제4 메타물질층들(112, 114, 116 118) 각각은 사분원형을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 메타물질층들(112, 114, 116 118)은 서로 인접하게 배치될 수 있다. 이러한 경우 제1 내지 제4 메타물질층들(112, 114, 116 118)의 평면상에서의 형태는 원형일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 도 2의 액정 표시 장치에 있어서 액정층(200)의 일부에 대응되도록 구분된 컬러 필터층(320)을 더 포함할 수 있다. 제1 컬러 필터층(322)은 액정층 제1 부분(도 4a의 210) 상에 제공될 수 있다. 제2 컬러 필터층(324)은 액정층 제2 부분(도 4b의 220) 상에 제공될 수 있다. 제1 및 제2 컬러 필터층들(322, 324)은 제2 전극(310) 상에 제공될 수 있다. 즉, 제1 컬러 필터층(322), 제2 전극(310) 및 액정층 제1 부분(도 4a의 210)은 수직적으로 중첩될 수 있다. 제2 컬러 필터층(324), 제2 전극(310) 및 액정층 제2 부분(도 4a의 220)은 수직적으로 중첩될 수 있다. 제1 및 제2 컬러 필터층들(322, 324)은 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 동일한 픽셀(PX) 개수 대비 해상도의 증대 효과를 가져올 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 동작 방법을 보여주는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 액정 표시 장치 동작 방법은 전압을 가하지 않는 단계(S100), 제1 전압을 가하는 단계(S200), 제2 전압을 가하는 단계(S300), 제3 전압을 가하는 단계(S400) 및 제4 전압을 가하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
전압을 가하지 않는 단계(S100)는 액정 표시 장치의 제1 전극에 전압을 인가하지 않는 단계일 수 있다. 이 경우 액정층(도 2의 200)의 액정 분자가 불규칙적으로 배열될 수 있다.
제1 전압을 가하는 단계(S200)는 제1 전극에 제1 전압(도 3의 Va)을 인가하는 단계일 수 있다. 제1 전압(도 3의 Va)을 인가할 경우 액정층 제1 및 제2 부분(도 4a의 210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제1 전압(도 3의 Va)에 따라 액정층 제1 부분(도 4a의 210)은 액정 분자가 수직적으로 배열되도록 위상이 변조될 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4a의 220)은 액정 분자가 수평적으로 배열되도록 위상이 변조될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(도 4a의 210)을 투과한 빛(광원)은 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4a의 220)을 투과한 빛(광원)은 컬러 필터층(도 2b의 320) 및 제2 편광판(도 2b의 330)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있다.
제2 전압을 가하는 단계(S300)는 제1 전극에 제2 전압(도 3의 Vb)을 인가하는 단계일 수 있다. 제2 전압(도 3의 Vb)을 인가할 경우 액정층 제1 및 제2 부분(도 4a의 210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제2 전압(도 3의 Vb)에 따라 액정층 제1 부분(도 4a의 210)은 제1 전압을 가하는 단계(S200)와 동일하게 위상이 유지될 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4a의 220)은 액정 분자가 수직적으로 배열되도록 위상이 변조될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(도 4a의 210)을 투과한 빛(광원)은 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4a의 220)을 투과한 빛(광원)도 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있다. 이 경우, 빛(광원)이 모두 차단되어 액정 표시 장치의 표시부에 표시되는 색은 블랙(Black)일 수 있다.
제3 전압을 가하는 단계(S400)은 제1 전극에 제3 전압(도 3의 Vc)을 인가하는 단계일 수 있다. 제3 전압(도 3의 Vc)을 인가할 경우 액정층 제1 및 제2 부분(도 4a의 210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제3 전압(도 3의 Vc)에 따라 액정층 제1 부분(도 4a의 210)은 액정 분자가 수평적으로 배열되도록 위상이 변조될 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4a의 220)는 제2 전압을 가하는 단계(S300)와 동일하게 위상이 유지될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(도 4a의 210)을 투과한 빛(광원)은 컬러 필터층(도 2b의 320) 및 제2 편광판(도 2b의 330)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4b의 220)을 투과한 빛(광원)도 제2 편광판(도 2b의 330)에 의해 차단이 될 수 있다.
제4 전압을 가하는 단계(S500)은 제1 전극에 제4 전압(도 3의 Vd)을 인가하는 단계일 수 있다. 제4 전압(도 3의 Vd)을 인가할 경우 액정층 제1 및 제2 부분(도 4a의 210, 220)의 액정 분자가 수직적으로 배열되는 정도가 달라질 수 있다. 인가된 제4 전압(도 3의 Vd)에 따라 액정층 제1 부분(도 4a의 210)은 제3 전압을 가하는 단계(S400)와 동일하게 위상이 유지될 수 있고, 액정층 제2 부분(도 4a의 220)은 액정 분자가 수직적으로 배열되도록 위상이 변조될 수 있다. 따라서 액정층 제1 부분(도 4a의 210)를 투과한 빛(광원)은 컬러 필터층(320)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있고, 액정층 제2 부분 (도 4b의 220)를 투과한 빛(광원)도 컬러 필터층(320)을 거쳐 액정 표시 장치의 표시부에 해당 컬러를 표시할 수 있다. 이러한 액정 표시 장치 동작 방법에 따라 한 픽셀(PX) 내에서 하나의 전압에 의해 2개 이상의 데이터 구현이 가능할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
PX: 픽셀
SPX1: 제1 서브 픽셀 SPX2: 제2 서브 픽셀
100: 제1 기판
110: 제1 전극 120: 평탄화막
112: 제1 메타물질 114: 제2 메타물질
130: 제1 편광판 200: 액정층
210: 액정층 제1 부분 220: 액정층 제2 부분
300: 제2 기판 310: 제2 전극
320: 컬러 필터층 330: 제2 편광판
BLU: 백라이트유닛

Claims (20)

  1. 복수 개의 픽셀들을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 복수 개의 픽셀들 중 하나의 픽셀은, 서로 인접하는 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 갖고,
    상기 하나의 픽셀은:
    제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 제공되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 제공되는 메타물질층들, 상기 메타물질층들은 상기 제1 서브 픽셀 내의 제1 메타물질층 및 상기 제2 서브 픽셀 내의 제2 메타물질층을 포함하고;
    상기 제1 및 제2 메타물질층들 상에 제공되는 액정층;
    상기 액정층 상에 제공되는 제2 전극; 및
    상기 제2 전극 상에 제공되는 제2 기판을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 메타물질층들은 서로 다른 특성의 메타물질을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메타물질층과 상기 액정층 사이에 평탄화막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 평탄화막을 포함하고,
    상기 메타물질층의 상부와 상기 액정층의 하부가 결합되는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메타물질층은 상기 제1 전극의 형태에 대응되는 사각형을 포함하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 메타물질층들 각각은 반원형을 포함하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메타물질층은 나노 프린팅이 된 메타표면을 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기판 및 상기 제2 전극 사이에 제공되는 컬러 필터층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제8항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 상기 제1 및 제2 서브 픽셀에 대응되도록 다른 색을 나타내는 컬러 필터들을 포함하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극에 인가된 제1 전압 하에서:
    상기 제1 메타물질층은 제1 액정층 일부를 제1 값으로 위상 변조하고,
    상기 제2 메타물질층은 제2 액정층 일부를 제2 값으로 위상 변조하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극에 인가된 제2 전압 하에서:
    상기 제2 메타물질층은 상기 제2 액정층 일부를 상기 제1 값으로 위상 변조하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극에 인가된 제3 전압 하에서:
    상기 제1 메타물질층은 상기 제1 액정층 일부를 상기 제2 값으로 위상 변조하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 전극에 인가된 제4 전압 하에서:
    상기 제2 메타물질층은 상기 제2 액정층 일부를 상기 제2 값으로 위상 변조하는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 메타물질층들은 칼코지나이드 계열의 상변화 물질(GeSbTe), 바나듐 옥사이드(VOx) 또는 이들의 조합을 포함하는 액정 표시 장치.
  14. 복수 개의 픽셀들을 포함하는 액정 표시 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 복수 개의 픽셀들 중 하나의 픽셀은, 서로 인접하는 제1 서브 픽셀 및 제2 서브 픽셀을 갖고,
    상기 하나의 픽셀은:
    제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 제공되는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 제공되는 메타물질층, 상기 메타물질층은 상기 제1 서브 픽셀 내의 제1 메타물질층 및 상기 제2 서브 픽셀 내의 제2 메타물질층을 포함하고;
    상기 제1 및 제2 메타물질층들 상에 제공되는 액정층;
    상기 액정층 상에 제공되는 제2 전극; 및
    상기 제2 전극 상에 제공되는 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 및 제2 메타물질층들은 서로 다른 특성의 메타물질을 포함하며,
    상기 동작 방법은:
    상기 제1 전극에 전압을 가하지 않는 단계;
    상기 제1 메타물질 상에 제공되는 액정층의 제1 부분을 제1 값으로 위상 변조시키고 상기 제2 메타물질 상에 제공되는 액정층의 제2 부분을 제2 값으로 위상 변조시키는 제1 전압을 가하는 단계;
    상기 액정층의 제1 부분을 상기 제1 값으로 유지시키고 상기 액정층의 제2 부분을 상기 제1 값으로 위상 변조시키는 제2 전압을 가하는 단계;
    상기 액정층의 제1 부분을 상기 제2 값으로 위상 변조시키고 상기 액정층의 제2 부분을 상기 제1 값으로 유지시키는 제3 전압을 가하는 단계; 및
    상기 액정층의 제1 부분을 상기 제2 값으로 유지시키고 상기 액정층의 제2 부분을 상기 제2 값으로 위상 변조시키는 제4 전압을 가하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 메타물질층은 상기 제1 전극의 형태에 대응되는 사각형을 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 메타물질층들 각각은 반원형을 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 메타물질층은 나노 프린팅이 된 메타표면을 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제2 기판 및 상기 제2 전극 사이에 제공되는 컬러 필터층을 더 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 상기 제1 및 제2 서브 픽셀에 대응되도록 다른 색을 나타내는 컬러 필터들을 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 메타물질층들은 칼코지나이드 계열의 상변화 물질(GeSbTe), 바나듐 옥사이드(VOx), 그래핀 커패시터, 또는 이들의 조합을 포함하는 액정 표시 장치 동작 방법.
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