다음으로, 액정 혹은 액정 셀의 작동 모드와 관련된 용어들입니다. 역시, 가급적 ‘가나다 순’을 따릅니다. 게스트-호스트 효과(guest-host effect) 모드는 액정 셀(host)에 특정 파장의 빛을 흡수하는 이색성 색소(guest)를 첨가하여 빛의 흡수를 조절합니다. 여기서 이색성 색소는 액정과 같은 막대 모양의 비등방성 분자로써 빛의 흡수율이 편광 방향에 따라 달라지는 물질이죠. 게스트-호스트 모드에 전압을 인가하지 않으면 특정 파장의 빛에 대한 흡수가 일어나고, 전압을 인가하면 흡수가 일어나지 않습니다. 이 구조를 적층하여 디스플레이로 이용하면, 감산 색 혼합 (subtractive color mixing) 방식으로 컬러를 구현할 수 있어서 칼라 필터가 필요하지 않으며, 편광판도 사용하지 않는 장점이 있지만, 명암비가 낮아서 고화질을 구현하기는 어렵습니다.
고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed LC, PDLC) 모드는 고분자에 액정이 분산되어 있는 상태로 고분자와 액정의 굴절률 차이로 인한 산란 현상을 이용합니다. 직경이 수 마이크로인 액정의 작은 방울(droplet)들이 수십 마이크로 두께의 고분자 필름에 분산된 형태로 제작되는데, 전기장을 걸어주면 액정의 방향자가 전기장 방향으로 설정됩니다. 이 때 액정의 정상 굴절률(ordinary refractive index)이 고분자의 굴절률과 일치한다면 빛이 투과하여 투명하게 되죠. 전기장을 제거하게 되면 액정의 방향자는 고분자와의 계면효과에 의해 무질서하게 분포되면서 액정의 유효 굴절률이 고분자의 굴절률과 달라지고, 이로 인하여 빛이 산란되면서 불투명 상태가 됩니다. 이 모드는 빛의 산란을 이용하기 때문에 편광판을 필요로 하지 않아 빛의 이용 효율이 큰 장점이 있습니다.
꼬인 네마틱(Twisted Nematic, TN) 액정 모드는 뒤쪽과 앞쪽 기판 사이에 있는 액정의 초기 배향이 90도로 꼬인 구조를 가지는 네마틱 액정 모드입니다. 즉, 뒤쪽 및 앞쪽 기판의 러빙 방향을 서로 직교시키고 기판의 액정을 수평 배향하면, 두 기판 사이의 액정 분자들은 내부 에너지를 최소화하기 위하여 90도의 꼬인 구조를 형성하게 되죠. 이 때 두 기판에 부착되는 편광판들의 투과축 역시 액정의 러빙 방향과 같도록 서로 직교시키면 뒤쪽 편광판을 통과하여 선 편광된 빛은 액정층을 통과하면서 편광 방향이 액정 분자와 평행하게 바뀌고, 따라서 앞쪽 편광판을 통과, 밝은 상태를 구현합니다. 두 기판간에 전압을 인가하면 액정 분자들이 수직하게 정렬이 되면서 뒤쪽 기판에서 입사된 빛의 편광 방향이 변하지 않고 그대로 진행하여 앞쪽 편광판을 통과하지 못하게 되고, 이로 인해 어두운 상태가 되죠. 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 모드이나 응답 속도가 느리고 시야각이 좁다는 단점이 있습니다. 초꼬인 네마틱(Super Twisted Nematic STN) 액정 모드는 뒤쪽과 앞쪽 기판 사이에 있는 액정의 초기 배향이 180도에서 270도 가량 꼬인 구조를 가지는 네마틱 액정 모드이죠. 이렇게 비틀림 각을 증가시키면 기울기가 가파른 전압 - 투과 특성을 얻을 수 있어 높은 명암비와 많은 정보량을 얻을 수 있습니다.
모서리 전계 스위칭 (Fringe Field Switching, FFS) 모드에서는 하부 기판에 막대(또는 꺽쇠) 모양의 화소 전극과 사각 플레이트 모양의 상대 전극을 절연층을 사이에 두고 형성하여 전기장 인가 시 두 전극 간에 모서리 전기장이 형성되면서 수평 배향된 액정을 회전시킵니다. 이 때 화소 전극과 상대 전극의 부분의 위쪽, 모서리쪽을 포함한 모든 영역의 액정 분자들을 회전시켜 넓은 시야각을 확보할 수 있습니다. 패턴 수직 배향(Patterned Vertical Alignment, PVA) 모드에서는 하판의 화소 전극과 상판의 상대(공통) 전극을 일정 간격으로 분리, 형성된 모서리 전기장을 이용하여 수직 배향된 액정 분자들의 경사 방향을 조절함으로써 수직 방향성과 함께 넓은 시야각을 얻게 됩니다. 평면 내 스위칭 (In Plane Switching, IPS) 모드에서는 화소 전극과 상대(공통) 전극을 모두 하판에 형성하고, 수평 방향으로의 전기장을 이용하여 수평 배향된 액정 분자들을 역시 기판에 평행하게 회전시킴으로써 넓은 시야각이 가능합니다.
반사형 LCD(reflective-type display)는 외부의 광원(자연광)을 이용하며, 아래쪽 기판에 반사판을 설치, 반사되는 빛으로 작동됩니다. BLU에 들어가는 소비 전력을 줄일 수 있고, 햇빛 아래에서의 가독성이 좋은 반면에 표면에서 반사되는 빛의 성분으로 인하여 명암비가 낮은 단점이 있습니다. 투과형 LCD(transmissive-type LCD)는 LCD의 가장 일반적인 구조로 BLU 광원으로부터의 빛이 LCD 패널을 통과하면서 동작하며, 반투과형 LCD(transreflective-type LCD)는 반사형과 투과형이 혼합된 구조로, 밝은 외부 환경에서는 반사형, 비교적 어두운 실내에서는 투과형으로 작동됩니다. 백색 바탕 모드(normally white mode)는 외부 전압이 인가되지 않을 때 빛이 투과하여 최대 휘도를 가지는 경우이며, 반대로 흑색 바탕 모드(normally black mode)는 전압 인가가 없을 때 빛이 차단되어 최소 휘도를 표시하는 모드입니다. 오씨비 (Optically Compensated Birefringence, OCB) 모드는 밴드 상태로 배열된 액정 셀에 보상 필름을 이용하는 모드이며, 초기에는 파이 셀(pi cell)로 명명되었죠. 전압 제어 복굴절(Electrically-Controlled Birefringence, ECB) 모드는 전기장으로 액정 셀 내의 액정 분자들의 배열을 수직 혹은 수평으로 배향, 액정 셀의 복굴절 정도를 조절하여 작동되는 모드입니다.
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# 더! 생각해보기
a. 액정 관련 용어들은 실로 다양하다. 그 용어들과 뜻을 더 생각해보자
http://blog.daum.net/jbkist/3831
12) 공학 - 평판 디스플레이 표준 용어집 (2008년 발간, 무료)
Display-디스플레이 표준용어집_optimize.pdf
blog.daum.net
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