3-20) LCD, 액정(상) 관련 용어들

액정 및 액정상들과 관련된 용어, 액정 셀을 작동시키는 모드와 관련된 용어, 그리고 LCD의 동작 특성, 성능과 관련된 용어들을 정리하고, 설명하고자 합니다. 먼저, 액정 및 액정상들과 관련된 용어입니다. 가급적 ‘가나다 순’을 따릅니다.

 

강유전성 액정

 

강유전성 액정(ferroelectric LC)은 액정 분자가 내부에 영구 쌍극자를 가지고 있어서 자발적인 전기 분극을 가지고 있는 액정상입니다. 따라서 외부 전기장과 직접 상호 작용을 하므로 응답 속도가 빠릅니다. 다만, 쌍안정성으로 인하여 계조 구현이 어렵고, 배향이 균일하지 못하며, 외부 충격에 의해 쉽게 깨지는 단점도 있습니다. 반강유전성 액정(anti-Ferroelectric LC, AFLC)의 경우, 스멕틱 액정상의 한 종류로 영구 쌍극자들의 극성이 각 층들간에 반전이 되어있는 상태입니다. 전기장이 인가되면 쌍극자들의 극성이 한쪽 방향으로 균일하게 정렬도면서 강유전성 액정 상태로 전이되죠. 즉, 전기장에 의해 광축이 정렬되면서 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환됩니다. 고속 응답 특성을 가지고, 계조 구현이 가능하며, 멀티 도메인에 의해 넓은 시야각을 확보할 수 있으나, 역시 배향에 관한 어려움으로 인하여 상용화는 되지 못하고 있습니다.

 

경사 결함, 꼬임각, 나선 피치

 

경사 결함, 혹은 전경선(disclination line)은 액정의 결함 중에서 선형 결함(line defect)에 해당하며, 도메인의 경계를 말합니다. 꼬임각(twisted angle)은 꼬인 네마틱 셀의 위쪽 방향자(director)와 아래쪽 방향자를 평면에 투영시켰을 경우에 두 방향자가 틀어진 각도이며, TN LC는 90도, STN LC는 180도에서 270도의 범위를 가집니다. 광축, 혹은 광학축(optic axis, optical axis)은 빛이 액정과 같은 이방성 매질을 투과할 때 편광 상태가 변하지 않는 진행 방향을 의미합니다. 나선 피치 혹은 카이랄 피치(helical pitch, chiral pitch)는 콜레스테릭 액정과 같이 액정 분자들이 꼬여있는 나선 구조에서 방향자가 360도의 회전을 하기 위한 최소 거리를 말합니다. 네마틱 액정에 카이랄 첨가제를 넣으면 액정 분자들이 나선 구조를 가지게 되며, 이 때 나선 피치는 첨가제의 농도에 따라 변하게 되죠.

 

네마틱 상, 스멕틱 상, 콜레스테릭 상

 

네마틱 상(nematic phase)은 액정 분자들간의 방향 질서는 있고 위치 질서는 없는 액정 상입니다. 위치가 고정되어 있지는 않지만, 분자들간의 상호 작용으로 방향성을 가지므로 방향자가 존재하며, 따라서 굴절률, 유전율, 자화율 등의 전기광학적 특성에서도 이방성을 가집니다. 이를 이용한 것이 네마틱 LCD이며, 외부에서 전기장을 인가하여 액정 분자들을 전기장의 방향에 수직, 혹은 평행하게 배열시키면서 통과하는 빛의 편광을 조절합니다. 스멕틱 상(smectic phase)에서는 액정 분자들이 장거리 방향 질서와 함께 부분적으로 위치 질서를 가지며 층을 형성합니다. 층 간의 분자 이동에는 속박이 있지만 층 안에서는 자유로이 움직일 수 있는 상태로써, 1차원 분자 중심의 위치 질서도를 가지고 있으며, 2차원 평면에서는 분자 중심의 이동이 자유롭죠. 위치 질서도에 따라 더욱 세분화되는데 발견된 순서로 이름에 A, B, C가 붙여집니다. 카이랄 상(chiral phase)은 자발적으로 꼬임 상태를 갖는 액정 상이며, 콜레스테릭 상(cholesteric phase)의 경우, 액정의 방향자가 평면에서는 네마틱 질서도, 평면에 수직한 방향으로는 나선 구조를 가집니다.

 

도메인, 동작 산란

도메인(domain)은 액정 셀 내에서 액정 방향자의 배향이 일정하거나 혹은 연속적으로 변화되어 불연속성이 없는 영역을 말하며, 시야각을 넓히기 위하여 한 화소에 여러 개의 도메인을 두기도 합니다. 동적 산란(dynamic scattering)은 액정층 안에서 전기-유체학적인 효과로 발생하는 빛의 산란 현상입니다. 예를 들어 유전 이방성을 가진 네마틱 액정에 도전성 물질을 첨가, 전도도를 높힌 상태에서 전기장을 인가하면 전기장을 따라 이온 전류가 생성되고, 이로 인하여 액정 분자들의 무작위적 상태(random state)의 운동이 발생합니다. 이로 인하여 미세한 복굴절 영역들이 수도 없이 생기게 되고, 이들 경계에서 빛이 난반사, 산란되면서 셀은 불투명 상태가 되죠.

 

방향자

 

방향자(director)는 액정 분자들의 평균 배향을 나타내는 단위 벡터입니다. 즉, 액정 분자는 인접한 분자와 평행하게 배열하려는 성향이 강하지만, 열적 요동 등으로 방향과 위치가 시간적, 공간적으로 끊임없이 변합니다. 이는 거시적으로는 작은 범위일지라도 분자 스케일에서는 충분히 큰 영역이며, 방향자는 영역 내에 존재하는 액정 분자들의 평균 방향을 나타냅니다. 밴드 상태(band state)는 액정 분자들의 배향이 평형 상태에서 벗어난 변형의 한 종류로 배열 구조가 장축 방향으로 휘어진 상태를 말합니다.

 

상전이, 선경사각, 수평 및 수직 배향

 

상전이(phase transition)는 액정의 상이 변하는 현상입니다. 주로 외부의 열에 의해 발생하는데, LCD 불량의 원인이 되며, 따라서 액정의 상전이 온도는 LCD의 동작 온도 범위를 결정하게 됩니다. 선경사각(pre-tilt angle)은 초기에 설정되는 값으로 기판 표면과 액정 분자 사이의 각도를 말하죠. 수직 배향(homeotropic alignment)과 수평 배향(homogeneous alignment)은 각각 액정 분자의 장축이 기판 표면에 수직 및 수평으로 배향된 상태를 일컫습니다. 스플레이 상태(splay state)는 액정 분자들의 배향이 평형 상태에서 벗어나서 부챗살을 펼친 모양으로 배열된 상태입니다.

 

전이, 투명점

 

용이축(easy axis)은 기판 표면에 액정 분자가 배열될 경우 자유 에너지가 가장 낮은 방향을 의미합니다. 전이(transition)는 액정이 한 상태에서 다른 상태로 변화하는 현상이죠. 예를 들면 온도 전이형 액정의 상은 앞서 말하였듯이 위치 질서와 방향 질서에 따라 네마틱 상과 스맥틱 상으로 구분되는데, 온도에 따라 다른 상으로 전이됩니다. 집합 조직(texture)은 전압의 불안전한 인가로 액정이 원하지 않는 방향으로 배향되거나 결함이 생성된 상태입니다. 투명점(clearing point)은 액정이 등방성으로 전이를 시작하는 온도를 의미합니다.

 

 

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# 더! 생각해보기

a. 강유전성 액정의 장점, 그리고 발전이 더딘 이유를 알아보자

b. STN LCD, 90도~270도의 꼬임각에 대해, 전기광학적 특성을 더 알아보자.  360도의 경우도 생각해보자

c. 액정 관련 용어들은 실로 다양하다.  그 용어들과 뜻을 더 생각해보자

 

 

3-20. LCD, 액정(상) 관련 용어들-복사.pdf

1.76MB

 

http://blog.daum.net/jbkist/3831

12) 공학 - 평판 디스플레이 표준 용어집 (2008년 발간, 무료)