원본의 주소는

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이것이고, 이것중에서도  Blue-Phase 액정과 관련되어 꼭 필요하다고 생각되는 부분을 발췌하여 해석하였습니다.

직역을 기본방향으로 하였지만 해석이 어려운 부분은 의역을 하였고 해석하던 중 오역이 있을 수 있으므로 감안하여 보아주시면 감사하겠습니다.

(혹여나 문제가 된다면, 삭제하겠습니다.)

머릿말 -

다음 세대의 LCD는 Kerr 효과에 의거해서 ms 이하의 반응속도를 나타내고, 분자배열층의 작용을 분배하여 cell 간극에 상관이 없이 시야각을 넓힐 수 있습니다.

본문 -

40년이 넘게 흐르면서 장치 발전과 공정기술이 많이 발명되어 최종적으로 평면 디스플레이 시장을 지배하는 TFT LCD가 나올 수 있었습니다. LCD는 오늘날 휴대폰, 컴퓨터, TV 프로젝터 등 많은곳에 응용이 되어 생활에 없어서는 안될 물건이 되었습니다.

따라서 LCD 기술은 비교적 성숙했다고 말할 수 있습니다.

시야각에 따른 문제는 다영역구조 (multidomain structure) 나 광학필름보정 을 이용하여 해결하였습니다.

응답시간은 점도가 낮은 액정물질을 사용, 특정 전압파형, 더 얇은 액정층 등을 이용하여 2~5ms로 개선 하였습니다.

비스듬한 각도에서 보는경우의 색 변형은 모션 이미지 블러(motion image blur)를 통해 효과적으로 줄였습니다.

대조비는 부분적으로 LED 백라이트를 어둡게 하는 형식으로 어렵지않게 100만 : 1 을 넘고 있습니다.

색 영역은 RGB LED를 사용하여 흰색을 더 낮은가격으로 효과적으로 표현하여 NTSC (미국, 일본, 한국 등에서 사용하는 Color TV의 방식)기준의 100%를 넘고 있습니다. 그 다음은 무엇일까요?

Blue-phase 액정(Blue-phase Liquid Crystal 이하 BPLC)는 매우 좁은 온도 범위에서만 존재합니다. (1~2℃ 이내)

이 분자배열은 100nm 이하의 입방정계격자 안에 두 쌍의 원기둥이 배열되어있는 형식입니다.

BPLC는 수 십년동안 연구되어져 왔지만 -지금까지도- 이러한 액정(mesogenic : 중간자) 온도 범위는 실용적으로 응용하는데는 너무나도 좁았습니다.

하지만 소량의 고분자(플라스틱 류)를 첨가한 액정 복합체, 즉 고분자 안정화(Polymer-stabilized) BPLC 가 상온을 포함한 꽤 넓은 액정 온도 범위를 보여주고 있습니다.

결과적으로, 새로운 BPLC 디스플레이를 개발하는데 의욕을 다시 불러세웠습니다.

우리가 앞서 보았던 기존의 nematic LCD (TFT-LCD)와 고분자 안정화 BP-LCD를 비교하여 4가지의 혁신적인 변화점을 나열해보자면,

첫째, 응답속도가 1000분의 1초 이하에서 이루어지므로 motion image blur를 최소화 할수 있고, 더 중요한 것이 color filter(색을 표현하기 위한것)를 이용하지 않고 시분할 색을 표현 할 수 있다는 점입니다.

오늘날, RGB LED가 LCD 백라이트에 일반적으로 쓰입니다.

Color filter를 제거함으로써 광효율을 3배로 할 수 있다는 것으로, 이것은 같은 밝기를 얻는데 더 적은 전기를 소모하고, 해상도를 3배로 할 수 있으면서(비스킷 처럼 바삭바삭한 물체를 표현하는 이미지 등) 생산시 들어가는 단가를 줄일 수 있습니다.

둘째, 기존의 제조 공정에서 두 장의 배열판 (일반적으로 polyimide 나 무기이산화규소 가 쓰인다.)이 들어가는 것과는 달리 1개의 배열판이 필요하여 생산공정을 단순화하고 비용을 줄일 수 있다는 점입니다.

셋째, 광학적으로 등방적인 상태인 BP-LCD에서의 dark state 상태(빛을 흡수하여 투과하지 않는 상태)에서는 시야각이 넓고 대칭적입니다. 이에 따라서 광학보정필름을 사용할 수도 있고 생략할 수도 있습니다.

마지막으로, 같은평면에 전극이 사용되는 BP는 – cell 간극이 4㎛이내의 차이에서도 (대조비에 의해)복굴절이 일어나는 기존의 LC 복합체와는 다르게 - 전극이 한 평면에 있으므로 cell 의 간극에 의해 투과율에 영향을 받지 않습니다. 이렇듯 cell 간극에 연향을 받지 않는다는 것은 cell-gap이 일정하게 하는것이 중요한 넓은 패널의 LCD를 조립할때 혹은 하나의 회로층을 가짐으로써 얇고 가벼운 LCD를 조립하는데 매우 적합하다고 할 수 있습니다.

(Blue phase 액정의 모습)

하지만, 중요한 기술적인 요인들이 상용화를 하는데 있어서 문제거리로 남아있습니다.

작동시키는데 필요한 전압이 여전이 매우 높다는 점이 되겠습니다.

(기존의 nematic LCD 에서는 5V 의 작동전압이 필요한 것과 달리 50V이내가 요구됩니다.)

투과율이 비교적 낮다는 점에 있습니다. (nematic LCD는 85%의 투과율을 보여주는데 반해 BPLCD는 65% 이하입니다.)

액정 온도 범위가 여전히 상용화하는데 부족하다는 점입니다. (상용화에 필요한 온도는 -40~80℃ 범위입니다.)

마지막으로, 더 나은 표현을 위해서 grayscale에 의한 이력(履歷)현상과 잔여복굴절을 지정해두어야 한다는 점입니다.

(의역하자면, 안좋은 상태의 정보도 집어넣어야 한다는 것 같습니다.)

전기가 인가되지 않은 상태에서는 BPLC가 광학적으로 등방성(방향이 같음, 비지향성)을 보여주고 있으며, 전기를 인가한 상태에는, 액정의 굴절지수 분포가 Kerr 효과에 따라서 이방성(방향이 달라짐, 지향성)이 됩니다.

Fig1. Blue-phase liquid crystals (BPLCs) in an in-plane-switching electrode cell. (left) Voltage-off state. (right) Voltage-on state. w: Electrode width. l: Electrode spacing. A: Analyzer. E: Electric field. P: Polarizer.

Figure1은 전기가 인가되지 않은 동일평면스위치 (IPS) 전극 셀을 설명하고 있습니다.

전기가 인가되지 않은상태에서는 BPLC는 광학적으로 등방정을 보여줍니다. 전기를 인가하였을 경우, 액정 굴절지수분포가 Kerr effect에 의해서 이방성이 됩니다.

유도된 복굴절은 인가되는 파장과 Kerr 상수 k 그리고 인가되는 전기장의 제곱에 비례합니다.

크로스된 두 편광자 사이에 끼워진 장치는 인가되는 전압이 높아질수록 점차 투과도가 증가합니다.

참고

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커 효과 (Kerr effect)

전자기장이 편광(偏光) 또는 물질의 광학적 성질에 미치는 효과의 하나로서 전기광학적인 것과 자기광학적인 것이 있다.

전기광학적인 것은 등방성(等方性)인 물체를 정전기장 속에 두면 마치 변형을 가한 경우처럼 일시적인 비등방성을 띠고 복굴절성 물질로 변하는 현상이며 자기광학적인 것은 직선편광이 자극(磁極)에서 반사하면 타원편광으로 변하는 현상.

n = 굴절율,

λ = 파장 

k = Kerr 상수

E = 전기장

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(복굴절의 예)