쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시소자는 스플레이 상태와 $-\pi$ 꼬인 상태를 쌍안정 상태로 사용하는 메모리 액정표시소자이다. 셀 갭/피치의 값이 0.25일 경우 완전한 쌍안정 상태를 갖지만, $-\pi$ 꼬인 상태에서 스플레이 상태로 전이시키기 위하여 fringe 전계를 인가할 경우 픽셀영역은 전계의 왜곡에 의해서 완전한 스플레이 상태가 아니라 $-\pi$ 꼬인 상태를 부분적으로 유지하게 된다. 본 논문에서는 화소영역에서 두 안정한 상태가 공존하지 않는 $-\pi$ 꼬인 상태를 어두운 상태로 사용하는 반사형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시소자를 제안한다. 제작된 반사형 액정표시소자는 30:1의 고명암비를 나타냈으며, 응답속도는 수직전압 8 V, fringe 전압 12 V의 구동 전압으로 각각 쓰기 응답시간이 950 ms, 리셋 응답시간이 450 ms였다. 또한 제안된 셀은 +C 광학 보상 필름을 사용하여 좌우 방향에서 $180^{\circ}$의 광시야각을 나타냈다.
쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시소자는 스플레이 상태와 $-\pi$ 꼬인 상태를 쌍안정 상태로 사용하는 메모리 액정표시소자이다. 셀 갭/피치의 값이 0.25일 경우 완전한 쌍안정 상태를 갖지만, $-\pi$ 꼬인 상태에서 스플레이 상태로 전이시키기 위하여 fringe 전계를 인가할 경우 픽셀영역은 전계의 왜곡에 의해서 완전한 스플레이 상태가 아니라 $-\pi$ 꼬인 상태를 부분적으로 유지하게 된다. 본 논문에서는 화소영역에서 두 안정한 상태가 공존하지 않는 $-\pi$ 꼬인 상태를 어두운 상태로 사용하는 반사형 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시소자를 제안한다. 제작된 반사형 액정표시소자는 30:1의 고명암비를 나타냈으며, 응답속도는 수직전압 8 V, fringe 전압 12 V의 구동 전압으로 각각 쓰기 응답시간이 950 ms, 리셋 응답시간이 450 ms였다. 또한 제안된 셀은 +C 광학 보상 필름을 사용하여 좌우 방향에서 $180^{\circ}$의 광시야각을 나타냈다.
Bistable chiral splay nematic liquid crystal display (BCSN LCD) is a memory type liquid crystal display using splay and $-\pi$ twist states as two stable states. When the cell thickness to pitch (d/p) ratio is 0.25, splay and $-\pi$ twist states have permanent memory time. Howe...
Bistable chiral splay nematic liquid crystal display (BCSN LCD) is a memory type liquid crystal display using splay and $-\pi$ twist states as two stable states. When the cell thickness to pitch (d/p) ratio is 0.25, splay and $-\pi$ twist states have permanent memory time. However, when the transition from $-\pi$ twist state to splay state is caused by a fringe field, pixel regions show that the splay state is not perfect, but rather includes a contribution from the $-\pi$ twist state. In this paper, we propose a reflective BCSN LCD using $-\pi$ twist state in which the two stable states do not coexist. The fabricated reflective BCSN LC cell shows a high contrast ratio of over 30:1 and response times of 950 ms and 450 ms in vertical and fringe field switching, respectively. The proposed cell also shows wide viewing angle characteristics of $180^{\circ}$ in left- and right directions.
Bistable chiral splay nematic liquid crystal display (BCSN LCD) is a memory type liquid crystal display using splay and $-\pi$ twist states as two stable states. When the cell thickness to pitch (d/p) ratio is 0.25, splay and $-\pi$ twist states have permanent memory time. However, when the transition from $-\pi$ twist state to splay state is caused by a fringe field, pixel regions show that the splay state is not perfect, but rather includes a contribution from the $-\pi$ twist state. In this paper, we propose a reflective BCSN LCD using $-\pi$ twist state in which the two stable states do not coexist. The fabricated reflective BCSN LC cell shows a high contrast ratio of over 30:1 and response times of 950 ms and 450 ms in vertical and fringe field switching, respectively. The proposed cell also shows wide viewing angle characteristics of $180^{\circ}$ in left- and right directions.
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문제 정의
두 장의 +A필름이 –π로 꼬인 상태로 놓인 액정층의 위상 지연값을 어떻게 상쇄시켜 어두운 상태를 구현하는가에 대해 뽀앙까레 구를 통해 살펴보자.
제안 방법
25인 BCSN LCD의 기본원리를 이용하여 무한대의 유지시간을 가지며, 어두운 상태를 –π로 꼬인 상태로 설정하여 명암비를 높인 반사형 BCSN LCD을 제안한다. 그리고 제안된 액정 셀을 제작하여 그 특성을 확인하였다.
따라서 우리는 –π로 꼬인 상태를 어두운 상태로 하고 혼재된 스플레이 상태를 밝은 상태로 사용하는 BCSN LCD를 제안하고, 그 어두운 상태와 밝은 상태가 고명암비를 갖도록 광학 구조를 설계했다.
따라서 우리는 d/p가 0.25가 되도록 카이랄 도펀트를 첨가하여 스플레이 상태와 –π로 꼬인 상태가 완벽한 메모리 특성을 갖도록 했다.
그 결과 시뮬레이션 결과와 경향성이 같은 30:1의 고명암비를 가지는 반사형 BCSN LCD 를 얻을 수 있었으며 응답속도는 밝은 상태에서 어두운 상태로의 전이 시간인 쓰기 응답시간은 950 ms, 어두운 상태에서 밝은 상태로 전이 시간인 리셋 응답시간은 450 ms였다. 또한 +C 보상필름을 사용하여 좌우 180°의 광시야각을 가지는 반사형 BCSN LCD를 설계하였다.
따라서 시야각을 넓히기 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서도 제안된 광학설계 구조에서의 시야각 특성을 확인하고, 시야각을 넓히기 위해 광학보상 필름을 사용하여 설계하였다.
이것은 한 기판에 연속적인 비대칭 격자구조를 통해 빠른 응답속도를 보인다는 장점이 있지만, 유리기판 표면에 격자를 형성하여 배향을 해야 하는 제조상의 단점이 있다. 본 연구진 또한 volume형에 속하여 제조공정이 단순한 쌍안정 카이랄 스플레이 네마틱 액정표시소자 (Bistable chiral-splay nematic LCD, BCSN LCD)를 제안했다[8]. 이 쌍안정 액정표시소자는 스플레이 상태와 –π로 꼬인 상태 사이를 스윗칭하는 액정표시소자이다.
25인 액정을 이용하여 구동되는 BCSN LCD의 전이 과정을 나타내었다. 액정 셀에 수직 전계와 fringe 전계를 인가하기 위해 상부에 상부 전극을 하부에 하부 전극과 패턴 전극을 만들었다. 하부 전극과 패턴 전극 사이에 fringe 전계를 인가하기 위해 유전층으로 절연시켰다.
우리는 이 문제점을 해결하기 위하여 픽셀 전 영역이 균일하게 전이되는 –π로 꼬인 상태를 어두운 상태로 이용하여 고명암비를 가지는 반사형 BCSN LCD를 제안하고 고명암비를 가지는 광학 구조를 설계하고, 파장 분산 특성을 확인하였다.
이 논문에서는 d/p가 0.25인 BCSN LCD의 기본원리를 이용하여 무한대의 유지시간을 가지며, 어두운 상태를 –π로 꼬인 상태로 설정하여 명암비를 높인 반사형 BCSN LCD을 제안한다.
25일 경우 완벽한 쌍안정 상태를 나타낸다. 최근, 본 연구진은 d/p가 0.25인 액정을 이용하여 메모리 시간이 긴 BCSN LCD를 제안했다[11]. 이 BCSN LCD는 –π로 꼬인 상태에서 스플레이 상태로 전이시키기 위해서 fringe 전계를 인가한다.
액정 셀에 수직 전계와 fringe 전계를 인가하기 위해 상부에 상부 전극을 하부에 하부 전극과 패턴 전극을 만들었다. 하부 전극과 패턴 전극 사이에 fringe 전계를 인가하기 위해 유전층으로 절연시켰다. 하부와 상부 전극 위에는 액정을 배향하기 위하여 수평 배향막이 코팅되어 있으며, 상부와 하부기판의 배향막은 서로 같은 방향으로 러빙되어 있다.
대상 데이터
우리는 이 문제점을 해결하기 위하여 픽셀 전 영역이 균일하게 전이되는 –π로 꼬인 상태를 어두운 상태로 이용하여 고명암비를 가지는 반사형 BCSN LCD를 제안하고 고명암비를 가지는 광학 구조를 설계하고, 파장 분산 특성을 확인하였다. 그리고 설계된 구조의 반사형 BCSN LCD를 실제로 제작하였다. 그 결과 시뮬레이션 결과와 경향성이 같은 30:1의 고명암비를 가지는 반사형 BCSN LCD 를 얻을 수 있었으며 응답속도는 밝은 상태에서 어두운 상태로의 전이 시간인 쓰기 응답시간은 950 ms, 어두운 상태에서 밝은 상태로 전이 시간인 리셋 응답시간은 450 ms였다.
이론/모형
우리는 –π로 꼬인 상태를 어두운 상태로 하고 혼재된 스플레이 상태를 밝은 상태로 사용하는 BCSN LCD가 고명암비를 갖도록 하기 위하여 Jones Matrix 방법을 이용하여 광학 구조를 설계했다[10].
성능/효과
그리고 설계된 구조의 반사형 BCSN LCD를 실제로 제작하였다. 그 결과 시뮬레이션 결과와 경향성이 같은 30:1의 고명암비를 가지는 반사형 BCSN LCD 를 얻을 수 있었으며 응답속도는 밝은 상태에서 어두운 상태로의 전이 시간인 쓰기 응답시간은 950 ms, 어두운 상태에서 밝은 상태로 전이 시간인 리셋 응답시간은 450 ms였다. 또한 +C 보상필름을 사용하여 좌우 180°의 광시야각을 가지는 반사형 BCSN LCD를 설계하였다.
그림에서 2:1 시야각이 상하좌우방향에서 180°의 시야각, ±45°방향에서는 60°의 광시야각을 가진다는 것을 확인할 수 있었으며, 3:1, 5:1 시야각 또한 좌우방향에서 180° 의 광시야각을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.
이것은 –π로 꼬인 상태를 어두운 상태로 사용할 경우 -C 필름이 적층된 구조와 같은 구조를 가지므로 셀 표면으로부터 법선 벡터의 방향에서의 굴절률 값이 다른 방향에 비하여 상대적으로 작은 값을 가지게 되는 것에 그 원인을 찾을 수 있다. 따라서, 광시야각을 가지는 액정표시소자를 위하여 우리는 -C 필름의 굴절률 값을 보상할 수 있는 +C보상필름을 삽입하여 광시야각을 얻을 수 있었다. 그림 8(b)는 광시야각을 얻기 위해 275nm의 +C 보상필름이 삽입된 반사형 BCSN LCD의 광학 구조를 나타낸다.
따라서 제작된 메모리 모드의 총 리셋 시간은 450 ms로 얻어질 수 있었다. 이러한 결과들은 기존의 메모리 모드에서 보여지는 1~2초의 응답속도와 25V 이상의 구동전압에 비하여 본 BCSN LCD는 상대적으로 빠른 응답속도, 낮은 구동전압을 가진다는 것을 보여주는 결과이다.
이와 같이 파장에 따라 다른 위상지연 값을 가지는 빛을 두 장의 필름을 통해 흩어주고 액정 층을 통해 다시 모아주고, 반대로 반사판을 지나면서 액정 층을 통해 흩어주고 두 장의 필름을 통해 다시금 모아주는 일련의 과정을 통해 –π로 꼬인 상태에서도 어두운 상태를 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었다.
이러한 시뮬레이션과 실험의 차이에도 불구하고, 우리는 그림 6(a)와 같이 비슷한 경향성을 가지고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 측정된 명암비 또한 30:1로서 기존의 반사형 메모리 모드의 명암비 약 5:1보다 향상된 명암비를 얻을 수 있었다. 그림 6(b)는 d/p가 0.
편광판과 반사판 사이에 하나의 액정 층과 두 장의 +A 필름으로 설계한 셀의 명암비가 2:1 이내인 시야각이 상하좌우 방향에서 40°인 것을 확인할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
단안정 액정표시소자의 단점은 무엇인가?
현재 액정표시소자(LCD)의 주류는 스윗칭이 빠른 장점으로 동영상 구현이 원활한 단안정 액정표시소자이다[1-4]. 하지만 이러한 단안정 액정표시소자는 동영상이 아닌 정지영상 정보를 화면에 표시할 경우에도 TFT에 전압을 지속적으로 가해주어야 하는 단점이 있다. 1980년 초반, Berreman과 Heffner에 의해 제안된 쌍안정 액정표시소자는 한 상태에서 다른 상태로 전이된 후에는 추가적인 소비전력 없이도 그 상태를 계속 유지한다[5].
현재 액정표시소자의 주류는 무엇인가?
현재 액정표시소자(LCD)의 주류는 스윗칭이 빠른 장점으로 동영상 구현이 원활한 단안정 액정표시소자이다[1-4]. 하지만 이러한 단안정 액정표시소자는 동영상이 아닌 정지영상 정보를 화면에 표시할 경우에도 TFT에 전압을 지속적으로 가해주어야 하는 단점이 있다.
쌍안정 액정표시소자 중 volume 형의 BTN LCD의 장단점은 무엇인가?
Volume 형의 대표적인 예로는 ф-π와 ф+π로 꼬인 상태를 스윗칭하는 bistable twist nematic liquid crystal display(BTN LCD)를 들 수 있다[6]. 이들은 스윗칭 속도가 빠른 장점을 가지지만 준안정상태 사이를 스윗칭하기 때문에 유지 시간이 짧은 단점이 있다. Surface형의 대표적인 예로는 flexoelectricity와 surface polarization의 특성을 갖는 zenithal bistable display (ZBD)를 들 수 있다[7].
참고문헌 (11)
R. A. Soref and M. J. Rafuse, “Electrically controlled birefringence of thin nematic film,” J. Appl. Phys. 43, 2029-2037 (1972).
S. H. Lee, S. L. Lee, and H. Y. Kim, “Electro-optic characteristics and switching principle of a nematic liquid crystal cell controlled by fringe-field switching,” Appl. Phys. Lett. 73, 2881-2883 (1998).
S. H. Lee, and K.-H. Park, T.-H. Yoon, and J. C. Kim, “Bistable chiral-splay nematic liquid crystal device using horizontal switching,” Appl. Phys. Lett. 82, 4215-4217 (2003).
C. G. Jhun, K. Chen, K. Kim, U.-S. Jung, J.-H. Moon, S.-B. Kwon, J. H. Lee, and J. C. Kim, “Gray scale of bistable chiral splay nematic device in the splay transition,” Mol. Cryst. Liq. Cryst. 527, 12/[168]~17/[173] (2010).
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