[논문]Twisted VA 모드를 이용한 반투과형 LCD의 설계

백봉진; 도희욱; 이서헌; 윤태훈; 김재창

doi:10.3807/kjop.2003.14.5.565

문제 정의

본 논문에서는 TVA 모드를 선택하여 반시중심의 반투과형 LCD를 설계하였다.(6,7)PSD(Parameter Space Diagram) 방법을 시용하여 반사형 모드의 최적 설계 조건을 찾았으며, 반시형 모드의 특성들을 기선하기 위해서 각종 필름들의 시용을제안하였다.
본 논문에서는 온도의존성 빛색 분산 특성, 수율과 cell gap tolerance 등의 특성이 뛰어나 양산에 유리한 TNA 셀을 이용하여 반시중심의 반투과형 LCD를 설계하였다. 이때 반사형 TVA 모드에서 니타니는 gray inversion0, ] 의한 blue shift 문제를 해결하고, 좁은 시야각 및 낮은 명암대비 비의 특성들을 기선 시키기 위해서 분광보상필름, FSF, negative C-plate의 시용을 제안하였다.

제안 방법

설계하였다.(6,7)PSD(Parameter Space Diagram) 방법을 시용하여 반사형 모드의 최적 설계 조건을 찾았으며, 반시형 모드의 특성들을 기선하기 위해서 각종 필름들의 시용을제안하였다. 반사형에 맞추어 설계한 투과형 모드의 특성들에 대해서 설명하였고, 반사형과 투과형 모드 각각의 특성들을 실험을 동해서 분석해 보았다.
(6,7)PSD(Parameter Space Diagram) 방법을 시용하여 반사형 모드의 최적 설계 조건을 찾았으며, 반시형 모드의 특성들을 기선하기 위해서 각종 필름들의 시용을제안하였다. 반사형에 맞추어 설계한 투과형 모드의 특성들에 대해서 설명하였고, 반사형과 투과형 모드 각각의 특성들을 실험을 동해서 분석해 보았다.
TVA 모드는 온도의존성이 작고 색 분산 특성이 양호하며, 셀갭과 꼬임각(twist angle)에 대한 의존도가 낮아 수율이 좋아서 양산에 유리하다는 장점을 가지고있다. 먼저 셀의 설계를 위해서 2X2 Jones matrix를 이용한 PSD 방법을 시용하여 최적의 설계조건을 찾아보았다(8,9) 이때 광대역 시A 필름(WRF: Wide-band Retardation Film)을 시용하여 가시광전 영역에 대해서 누설광을 보상하였다. 그림1에 red (650 nm), green(550 nm), blue(450 nm) 각각의 파장대에대 한 simulation 결과를 나타내었다.
628 um, 꼬임각 = 175º인 두 가지 조건을 찾을 수 있었다. 여기서 두 번째 조건인 And = 0.628 um, 꼬임각 =175º인 값을 시용하면 색 분산 특성이 나쁘며 계조구현이 어려울 뿐 아니라 반시율도 떨어진다는 문제점이 빌생한다 따라서 우리는 첫 번째 조건인 And = 0.244um 꼬임각 = 68º인 조건을 선택하여 반사형 TVA 셀을 설계하였다.
발생함을 알 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해서 분광 보상 필름을 시용하였다. 이것은 분광보상필름의 And에 의해서 액정모드의 중심 파장대를 이동시키는 원리를 시용한 것으로 분광 보상 필름의 두께와 굴절률 값을 변회-시켜 가장 양호한 특성을 가지는 것으로 And가 300 nm인 분광보상필름을 찾아내었다.
하지만 이와 같은 방법을 모드에 적용하였을 경우 배향 상태가 불안정해진다는 문제점이 발생하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 편평한 내부 전극을 시용하여 배향을 안정회-시키는 대신 액정 셀의 바낕쪽에 시야각과 명암대비 비의 특성들을 기선 하기 위해서 FSF와 negative C-plate의 시용을 제안하였다. FSF는 필름의 haze 퍼센트 농도에 따라 그 특성이 달라지게되는데, haze란 빛을 확산시키는 정도를 나타내는 발로 입자의 양 혹은 크기나 분포도에 의해서 그 크기가 결정되게 된다.
FSF는 필름의 haze 퍼센트 농도에 따라 그 특성이 달라지게되는데, haze란 빛을 확산시키는 정도를 나타내는 발로 입자의 양 혹은 크기나 분포도에 의해서 그 크기가 결정되게 된다. FSF의 최적화된 값을 찾기 위해서 실험을 동해서 그 특성들을 살펴보았다. 그림 3에 퍼센트 농도별로 시야각에 따른 명암대비비의 특성들을 나타내었다.
7과 같다. VA 모드의 장점인 완벽한 어두운 상태를 최대한 이용하여 명암대비 비 특성을 높이기 위해서 초기 상태가 어두운 상태인 NB (Normally Black) 모드로 제작하였다. NB 모드를 만들기 위해서 두편광판과 광대역 2/4필름을 각각 교차되도록 하였고, 반사판에 슬릿을 만들어 투과부분에서 배면 광원의 광이 투과될 수 있도록 하였다.
VA 모드의 장점인 완벽한 어두운 상태를 최대한 이용하여 명암대비 비 특성을 높이기 위해서 초기 상태가 어두운 상태인 NB (Normally Black) 모드로 제작하였다. NB 모드를 만들기 위해서 두편광판과 광대역 2/4필름을 각각 교차되도록 하였고, 반사판에 슬릿을 만들어 투과부분에서 배면 광원의 광이 투과될 수 있도록 하였다.
반시중심의 반투과형 LCD를 설계하였다. 이때 반사형 TVA 모드에서 니타니는 gray inversion0, ] 의한 blue shift 문제를 해결하고, 좁은 시야각 및 낮은 명암대비 비의 특성들을 기선 시키기 위해서 분광보상필름, FSF, negative C-plate의 시용을 제안하였다. 이렇게 하여 제작된 반사형 TVA 모드는 표준 MgO 반시판 대비 약 25%의 반시율 고卜 2.

이론/모형

문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서 액정분자들이 일정한 각을 가지고 꼬여 있는 TVA 모드를 시용하였다. TVA 모드는 온도의존성이 작고 색 분산 특성이 양호하며, 셀갭과 꼬임각(twist angle)에 대한 의존도가 낮아 수율이 좋아서 양산에 유리하다는 장점을 가지고있다.

성능/효과

그림1에 red (650 nm), green(550 nm), blue(450 nm) 각각의 파장대에대 한 simulation 결과를 나타내었다. 이 결과 And = 0.244 jim, 꼬임각 =68º와 And = 0.628 um, 꼬임각 = 175º인 두 가지 조건을 찾을 수 있었다. 여기서 두 번째 조건인 And = 0.
그림 3에 퍼센트 농도별로 시야각에 따른 명암대비비의 특성들을 나타내었다. 이 결과 농도가 작아질수록 명암대비비는 높아지지만 시야각은 좁아진다는 것을 알 수 있었다. 결국 약 70~80%의 haze 농도를 가진 FSF가 가장 적당함을 알 수 있었다.
결과적으로 보상필름이 없는 경우 약 25:1 정도의 명암대비비를 가지지만 C-plate를 시용함으로써 명암대비 비가 수평약 55:1, 수직 약 80:1 정도로 증가하여, 결국 simulation과 실험을 동해서 negative C-plate에 의해서 TVA 모드의 시야각 특성들이 기선된다는 것을 알 수 있었다
응답 특성이다. 이 결과 threshold voltage는 약 2.5 Y saturation voltage는 약 4.2 V 정도로 즉정되었고, 표준 MgO 반사판 대비 반사율은 약 25% 정도로 측정되었다. 그리고 rising time은 10 ms, falling time은 12 ms로 전체 response time은 약 22 ms 정도가 됨을 알 수 있었다.
2 V 정도로 즉정되었고, 표준 MgO 반사판 대비 반사율은 약 25% 정도로 측정되었다. 그리고 rising time은 10 ms, falling time은 12 ms로 전체 response time은 약 22 ms 정도가 됨을 알 수 있었다.
특성과 명암대비비이다. 투과모드 자체는 투과율이 최대 35% 정도, 명암대비비 12541로 나타나지만 이것은 투과 모드에 맞는 약 7V의 saturation voltage를 인가하였을 경우이므로 반시형의 조건에 맞는 약 4.2 V의 saturation voltage에 맞준다면 투과율 약 25%, 명암대비비 80.8:1로 반사형에 비해 투과율은 떨어지지만 명암대비비는 비슷한 결과를 가진다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

2 V의 threshold 닟 saturation voltage와 약 22 ms의 response time을 가지고 죄대약 80:1 정도의 명암대비 비를 나타내었다. 그리고 투과 모드의 경우 투과율 약 25%, 80.8:1의 명암대비 비를 가지지만 투과 모드와 반사모드를 두기의 구동 드라이버를 시용하여 각각 따로 동작시키거나 배명광원과 패널을 일체형으로 설계된 구조를 가진 반투과형 모드를 시용한다면 투과부의 광효율을 증대시키고, 반시효율 역시도 극대화될 것으로 전망된다.

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