액정의 광특성 & 전기 광학 특성

목차

I. 이론
1. 액정이란? --------------------------------- 1
2. 디스플레이용 액정 재료의 요건 --------------------- 2
3. 액정의 종류 -------------------------------- 2
1) Nematic 액정
2) Cholersteric 액정
3) Smectic 액정
4. LCD의 구동원리 ------------------------------ 4
5. LCD에서의 액정의 기능 -------------------------- 4
1) 액정에 전계가 인가되지 않았을 때
2) 액정에 전계가 인가되었을 때

II. Data 분석
1. V-T graph -------------------------------- 7
2. 고 찰 ------------------------------------ 8
3. Response time ----------------------------- 9
1) Response Time이란?
4. 실험 데이터 -------------------------------- 11
◉ Off → On 시
1) 초기 전류 공급 시 tansmittance가 요동치는 이유
2) 안정화 방법
◉ On → Off 시
5. Reference -------------------------------- 13

본문내용

부드러운 화상을 표시하기 위해서는 전압보다는 투과율을 일정한 간격으로 유지해 줄 필요 가 있다. 이렇게 되기 위해서는 계조 전압을 중간 부분은 좁게, white나 black 쪽은 넓게 해줄 필요가 생기는데 이처럼 액정 표시 소자와 인간의 시각 인지 특성간의 차이를 matching 시켜주는 작업을 gamma-correction 이라 한다. 이 gamma-correction은 LCD의 표시 특성을 결정짓는 아주 중요한 작업이므로 LCD를 개발하는데 있어서 아주 세심한 주의를 필요로 하는 부분이다. 계조 전압은 또한 액정의 전기 광학적 특성에도 많은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
3. Response time
1) Response Time이란?
응답속도(Response Time)이란 말 그대로 액정에 인가되는 전압에 따라 액정 셀이 얼마나 빨리 반응하는지를 설명하는 용어이다.
반응속도라고도 하는데, 우리가 흔히 브라운관이라 부르는 CRT(Cathode Ray Tube)에 비해 상대적으로 반응이 늦은 액정의 속도를 표시하기 위해 등장했다. CRT는 ㎲(백만분의 1초)단위인데 비하여 LCD는 ㎳(천분의 1초)단위이다. 응답속도는 Black에서 White로 갈 때의 상승시간(Rise Time, Tr)과 다시 White에서 Black으로 갈 때의 하강시간(Falling Time, Tf)로 구분된다.
① 지연시간 [Decay time ] : 전압을 인가한 시점에서부터 LCD 투과율이 10%로 증가하는 데 걸리는 시간
② 상승시간 [Rise time ] : 전압을 인가한 후 LCD 투과율이 10%에서 90%로 증가하는데 걸리는 시간
③ 하강시간 [Falling time ] : 전압을 제거한 후 LCD 투과율이 90%에서 10%로 감소하는데 걸리는 시간
그런데, 현재 제조사들이 스펙에 표기하는 응답속도는 이 상승/하강의 전 구간을 측정하는 것이 아니라 최대 휘도의 10%→90%(상승), 90%→10%(하강) 구간에서의 시간을 측정한다. 아래의 그림에서 보듯이 이러한 10%↔90% 구간의 밖은 지연구간(turn-on delay, turn-off delay)이라고 한다. 여기까지의 설명을 가만히 뒤집어서 생각해 보면, 만약 서로 다른 2개의 LCD 모니터(or TV)가 측정구간(10%↔90%)에서는 동일한 속도를 보였지만, delay 구간에서는 속도가 다르더라 하더라도 이들 두 LCD 모니터는 같은 응답속도를 가지게 된다는 것이다.
이 측정방식이 가진 또 하나의 문제점은 Black↔White만 고려하고 있다는 것이다. 시야각 스펙의 정의에서도 명암 비(Contrast Ratio)만을 따지기 때문에 컬러의 변화에 대해서는 제대로 된 정보를 주지 못하는 것과 마찬가지로 컬러 시대에 흑백의 기준으로써 응답속도를 규정하는 것이나 마찬가지라 하겠다. Contrast라는 것은 White와 Black과 같은 최대/최소의 휘도만을 얘기하기 때문에 중간 계조나 혼합 색을 표현할 때 어떻게 된다는 것을 전혀 예측할 수 없다는 것이다.
4. 실험 데이터
Off → On 시
= 82. 4 -11.2 = 71.2ms
1) 초기 전류 공급 시 tansmittance가 요동치는 이유
정밀한 전류 제어의 어려움이 있다. 누설 전류에 의한 오차. 즉, 방출 전류의 불안정성 때문이다.
① Tip에 따른 편차 : 개별 화소의 패턴에 영향
② 화소에 따른 편차 : 화소 간 brightness의 차이
③ 방출 전류의 요동 : high frequency noise
④ 전계 방출 특성의 변동 : 장시간 사용에 따른 방출
⑤ 전류의 상승 또는 저감 현상(aging)
2) 안정화 방법
① Initial conditioning
② 저항 층의 사용
③ 능동소자의 사용
On → Off 시
= 18.5 - 11.3 = 7.2ms
액정은 고분자 물질로써 전기장의 변화에 빠르게 응답하지 못하고 어느 정도의 시간을 두고 액정분자의 배열이 안정된 상태가 된다. 또, 점성, 탄성력이 응답 시간과 밀접한 관계가 있다. 이러한 응답 시간이 지연은 화면에 잔상(image sticking)을 남기어 동화상을 구현할 경우 화질이 저하된다.
참고) LCD의 경우, 직류 전압을 오래 가하게 되면 액정 내에 존재할 수 있는 극성물질 등이 전극에 고착되어 발생하거나 혹은 액정의 특성 저하로 인해 발생하는 image sticking(잔상) 현상이 일어날 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법은 무엇이 있을까?
1. 120hz로 늘여서(보통 60hz사용) 화면 출력후에, 중간에 검은 화면을 끼워 넣는다.
2. 전압역전을 통해 액정을 반대로 회전시킴으로써 액정의 피로도를 감소시킨다.
3. 액정의 물질이나 특성을 고려한다.
액정의 시간지연에 따른 배열분포의 변화는 LCD 화면에서 밝기의 차이로 나타나는데 이 밝기의 변화를 측정하면 응답시간을 알 수 있다. Normally White Mode 에서 전압이 인가되지 않았을 때의 밝기를 1이라고 하고, 전압이 인가되었을 때의 밝기를 "0" 이라고 가정할 경우 Rising Time 은 전압이 액정에 인가되어 전기장과 같은 방향으로 액정의 장축이 배열하여 준안정 상태에 이르는 시간으로 최대의 휘도를 100으로 최적화 할 경우 휘도가 90%에서 10%로 변하는데 걸리는 시간이고 Falling Time은 전기장이 사라져 원래의 안정된 상태로 돌아오는데 걸리는 시간이다
5. Reference
1. TFT/LCD, 이충훈, (주)북스힐
2. 액정 디스플레이 백라이트, 임성규, 단국대학교 출판부
3. 액정, 백낙선 역, 겸지사
4. 광학(Optics) 4th ed, 조재흥, 두양사, 2002
5. http://physica.gsnu.ac.kr/PhysEdu/wavelight/wlmain.html
6. 타원법, 김상열, 아주대학교 출판부, 2000
7. http://magicjw.byus.net/zbxe/apim_assemble_tip/71762
8. VI. 전계 방출 디스플레이 시스템, 이종덕, Semiconductor Materials & Devices Lab. SNU
9. 평판 디스플레이공학, 이준신, 2003

키워드

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