블루 페이즈 모드 LCD

Blue phase mode LCD

블루 페이즈 모드 LCD는 블루 페이즈에서 고도로 꼬인 콜레스테릭 페이즈를 사용하는 액정 디스플레이(LCD) 기술입니다.LCD의 시간 응답을 개선하기 위해 예를 [1]들어 프레임 속도가 100–120Hz인 동영상 표시를 개선하기 위해 2007년에 처음 제안되었다.LCD의 이 동작모드에서는 이방성 얼라인먼트층(예를 들어 문질러진 폴리이미드)이 필요 없기 때문에 이론적으로는 LCD 제조공정이 단순해집니다.

역사

그림 1: 2개의 나선 축(h와2 h)을1 가진 이중 트위스트 구조의 원근도.디렉터는 직경을 가로질러 90°의 회전을 수행합니다.

1888년부터의 콜레스테릴 벤조산염의 녹는 거동에 대한 Reinitzer의 보고서에 따르면, 이 물질은 냉각 시 맑은 것에서 흐린 것으로 바뀌면서 잠시 파란색으로 변했다는 언급이 있다.이 미묘한 효과는 1960년대 후반과 1970년대 초반에 파란색이 적어도 두 개의 새롭고 매우 다른 [2]액정상 때문이라는 실험 결과가 발표될 때까지 80년 이상 연구되지 않은 채 남아 있었다.

거의 100년 동안 과학자들은 가장 안정적인 콜레스테릭 나선 구조를 원장이 회전하는 단일 나선 축으로 설명할 수 있다고 가정했다.새로운 구조에서 디렉터는 그림 1과 같이 라인에 수직인 축을 중심으로 헬리컬하게 회전하는 것으로 밝혀졌다.실제로 헬리컬 축의 수는 무제한이지만 이 구조를 더블 트위스트 구조라고 한다.

그림 2: 더블 트위스트 실린더 상면도다양한 헬리컬 축 h를 포함하는 평면(이 중 3개 그림)이 그림의 평면이다.디렉터가 중앙에 있는 도형의 평면을 가리키면 중심에서 멀어지면 회전합니다.

이 이중 트위스트 구조는 단일 트위스트 구조(즉, 키랄 네매틱스의 정상 나선 구조)보다 중심 선에서 특정 거리까지만 안정적이다.이 거리는 키랄 네매틱 액정의 피치(일반적으로 100nm)와 같으며 일반적인 액정 샘플의 기하학적 구조가 훨씬 크기 때문에 이중 트위스트 구조는 거의 발생하지 않습니다.

그림 3: 더블 트위스트 실린더의 투시도바깥쪽 선은 중심선으로부터 그 거리에서 디렉터의 45° 회전을 나타내도록 되어 있다.

파란색 단계는 이중 트위스트 구조가 대용량을 채우는 특수한 경우입니다.이중 트위스트 구조가 중심선으로부터 45°에 이르는 거리로 모든 방향으로 제한되면 이중 트위스트 실린더가 생성됩니다.이러한 실린더는 반지름이 작기 때문에 단일 트위스트 키랄 네매틱 액정으로 채워진 같은 부피보다 안정적입니다.

그림 4: 더블 트위스트 실린더에 의해 형성된 입방체 격자의 그림.모든 각도는 직각이어야 합니다.

이러한 이중 꼬임 실린더로 큰 구조를 구성할 수 있지만 그림 [3]5와 같이 실린더가 접촉하는 지점에서 결함이 발생한다.이러한 결함은 일정한 거리에서 발생하며 구조를 덜 안정되게 만드는 경향이 있지만, 키랄 네매틱 상으로부터 등방성 액체로의 이행 시 최소 약 1K의 온도 범위 내에서 결함이 없는 단일 트위스트 구조보다 약간 더 안정적이다.

3차원 공간에서 일정한 거리에서 발생하는 결점은 고체 결정에서 알 수 있듯이 입방체 격자를 형성합니다.따라서 청상은 키랄 액정 내에서 결함의 규칙적인 3차원 격자에 의해 형성된다.청상의 결점 사이의 간격이 빛의 파장 범위(수 백나노미터)에 있기 때문에 격자 구조 간섭에서 반사된 빛의 파장 범위에 대해 발생(Bragg 반사)하고 청상은 색상의 빛을 반사한다(실제로 청상의 일부만 반사한다).블루라이트)[4]

그림 5: 더블 트위스트 실린더가 접하는 곳에 원반이 형성된다.삼각형 영역을 가로지르는 공개의 핵심은 흰색 점으로 표시됩니다.
그림 6: 액정 파란색 상 I(왼쪽) 및 II(오른쪽)의 이중 트위스트 실린더 구조

넓은 온도 범위 청상

2005년 캠브리지 대학의 Photonics and Electronics 분자 재료 센터의 연구원들은 16-60°[5]C의 넓은 온도 범위에서 안정된 상태를 유지하는 청상 액정을 발견했다고 보고했다.연구진은 초미세 파란색 위상이 이 물질에 전기장을 가함으로써 반사광의 색을 바꾸는데 사용될 수 있고, 이것이 결국 풀컬러 디스플레이를 [6]위한 3색 픽셀을 생성하는 데 사용될 수 있다는 것을 보여주었다.새로운 파란색 상은 두 개의 단단한 막대기 모양의 세그먼트가 유연한 체인에 의해 연결된 분자로 만들어졌으며, 플렉시블 [7]전기에 의해 안정되었다고 믿어진다.

또한 상온에서 안정화된 청상에 대한 응답 시간이 10초인−4 전기 광학 스위칭도 나타났다.[8]

청상결정은 가시파장에 선택적 밴드갭이 있는 나노미터 범위의 주기적인 입방정 구조를 가지고 있기 때문에 3D 포토닉 결정으로 간주됩니다.그러나 표준 청상 결정 제조에서는 마이크로미터 범위에 있는 단결정 크기의 다결정 샘플을 생성합니다.최근에는 이상적인 3D 포토닉 결정으로 대량으로 얻은 청상이 결정 격자 [9]방향을 제어하여 안정화되었습니다.

단결정 청상으로부터의 전기 광학 전환은 다결정 검체보다 변조가 증가하고 산란이 적음을 나타냅니다.

최초의 블루 페이즈 LC 디스플레이

삼성전자는 2008년 5월 세계 최초로 240Hz의 리프레시 레이트로 동작할 수 있는 블루페이즈 LCD 패널을 개발했다고 밝혔다.삼성은 [11]5월 18일부터 23일까지 미국 로스앤젤레스에서 열린 SID(Society for Information Display) 2008 국제 심포지엄, 세미나, 전시회에서 블루페이즈 LCD 패널의 15인치 시제품을 공개했다.

비용 효율을 고려하여 개발된 삼성의 블루페이즈 모드는 TN(Twisted Nematic), IPS(In-Plane Switching), VA(Vertical Alignment) 등 오늘날 가장 널리 사용되는 TFT LCD 모드와 달리 액정 정렬 층이 필요하지 않습니다.블루 페이즈 모드에서는 자체 정렬 레이어를 만들 수 있으므로 기계적 정렬 및 마찰 프로세스가 필요하지 않습니다.이를 통해 필요한 제조 단계 수가 줄어들어 생산 비용을 절감할 수 있습니다.또한 블루 위상 패널은 디스플레이의 측면 균일성을 손상시킬 수 있는 기계적 압력에 대한 액정층의 감도를 감소시킬 것이라고 주장되어 왔다(예: 휘도, 색도).

TV 어플리케이션용 파란색 위상 기반의 LC 디스플레이에서는 시각정보 표시에 사용되는 격자 피치(Bragg 반사)에 따른 빛의 선택적 반사가 아니라 외부 전계가 Ker [12]효과를 통해 액정에 복굴절을 유도한다.이 필드 유도 복굴절은 블루 위상 모드 LC 레이어가 교차 편광자 사이에 배치되었을 때 전송 변화로 나타납니다.

IPS(In-Plane Switching) 구조의 파란색 위상 LC와 거시적 척도의 Ker 효과에 기초한 관련 모델링 방법에 대한 자세한 설명은 [13][14]참조를 참조하십시오.등방성 다크 상태에서는 블루 페이즈 LCD가 많은 흥미로운 전기 광학 성능을 보여줍니다.현시점에서는 IPS 구조에서의 블루페이즈 LC 구동전압은 아직 조금 높은 편입니다.전압을 낮추기 위해서는 높은 Ker 상수 혼합물을 개발하기 위한 재료 공학이 매우 중요합니다.[15]또한 기기 설계도 효과적인 방법입니다.적절한 장치 구조 설계를 통해 구동 전압을 크게 [16]낮출 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Kikuchi, Hirotsugu; Higuchi, Hiroki; Haseba, Yasuhiro; Iwata, Takashi (2007). "Fast Electro-Optical Switching in Polymer-Stabilized Liquid Crystalline Blue Phases for Display Application". SID Symposium Digest of Technical Papers. Wiley. 38 (1): 1737–1740. doi:10.1889/1.2785662. ISSN 0097-966X.
  2. ^ 티모시 J. 슬러킨, 데이비드 A.던머, 호스트 스테그마이어:흐르는 크리스탈 - 액정사, 액정 시리즈, Taylor & Francis London 2004, ISBN 0-415-25789-1의 클래식 페이퍼
  3. ^ Lavrentovich, O. D.; Kleman, M. (2001). "Cholesteric Liquid Crystals: Defects and Topology". Chirality in Liquid Crystals. New York: Springer-Verlag. pp. 115–158. doi:10.1007/0-387-21642-1_5. ISBN 0-387-98679-0.
  4. ^ Peter J. Collings, Liquid Crystals - Natures Densit Phase of Matter, Adam Hilger, Bristol, 1990
  5. ^ Coles, Harry J.; Pivnenko, Mikhail N. (2005). "Liquid crystal 'blue phases' with a wide temperature range". Nature. Springer Science and Business Media LLC. 436 (7053): 997–1000. doi:10.1038/nature03932. ISSN 0028-0836. PMID 16107843.
  6. ^ Yamamoto, Jun; Nishiyama, Isa; Inoue, Miyoshi; Yokoyama, Hiroshi (2005). "Optical isotropy and iridescence in a smectic 'blue phase'". Nature. Springer Science and Business Media LLC. 437 (7058): 525–528. doi:10.1038/nature04034. ISSN 0028-0836. PMID 16177785.
  7. ^ Castles, F.; Morris, S. M.; Terentjev, E. M.; Coles, H. J. (2010-04-13). "Thermodynamically Stable Blue Phases". Physical Review Letters. 104 (15): 157801. arXiv:1101.5588. doi:10.1103/physrevlett.104.157801. ISSN 0031-9007. PMID 20482018.
  8. ^ Kikuchi, Hirotsugu; Yokota, Masayuki; Hisakado, Yoshiaki; Yang, Huai; Kajiyama, Tisato (2002). "Polymer-stabilized liquid crystal blue phases". Nature Materials. Springer Nature. 1 (1): 64–68. doi:10.1038/nmat712. ISSN 1476-1122. PMID 12618852.
  9. ^ Otón, Eva; Yoshida, Hiroyuki; Morawiak, Przemysław; Strzeżysz, Olga; Kula, Przemysław; Ozaki, Masanori; Piecek, Wiktor (2020-06-23). "Orientation control of ideal blue phase photonic crystals". Scientific Reports. 10 (1): 10148. doi:10.1038/s41598-020-67083-6. ISSN 2045-2322. PMC 7311397. PMID 32576875.
  10. ^ Oton, E.; Netter, E.; Nakano, T.; D.-Katayama, Y.; Inoue, F. (April 2017). "Monodomain Blue Phase Liquid Crystal Layers for Phase Modulation". Scientific Reports. 7 (1): 44575. doi:10.1038/srep44575. ISSN 2045-2322. PMC 5345094. PMID 28281691.
  11. ^ Samsung, 고속 비디오 구동 속도 240Hz 달성 '블루 페이즈' 기술 세계 최초 개발(2009년 4월 23일)
  12. ^ Haseba, Yasuhiro; Kikuchi, Hirotsugu (2006). "Electro-optic effects of the optically isotropic state induced by the incorporative effects of a polymer network and the chirality of liquid crystal". Journal of the Society for Information Display. Wiley. 14 (6): 551–556. doi:10.1889/1.2210806. ISSN 1071-0922.
  13. ^ Ge, Zhibing; Gauza, Sebastian; Jiao, Meizi; Xianyu, Haiqing; Wu, Shin-Tson (2009-03-09). "Electro-optics of polymer-stabilized blue phase liquid crystal displays". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 94 (10): 101104. doi:10.1063/1.3097355. ISSN 0003-6951. Archived from the original on 2012-07-13. Retrieved 2019-12-05.
  14. ^ Ge, Zhibing; Rao, Linghui; Gauza, Sebastian; Wu, Shin-Tson (2009). "Modeling of Blue Phase Liquid Crystal Displays". Journal of Display Technology. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 5 (7): 250–256. doi:10.1109/jdt.2009.2022849. ISSN 1551-319X.
  15. ^ Rao, Linghui; Yan, Jin; Wu, Shin-Tson; Yamamoto, Shin-ichi; Haseba, Yasuhiro (2011-02-21). "A large Kerr constant polymer-stabilized blue phase liquid crystal". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 98 (8): 081109. doi:10.1063/1.3559614. ISSN 0003-6951. Archived from the original on 2013-07-03. Retrieved 2019-12-05.
  16. ^ Rao, Linghui; Ge, Zhibing; Wu, Shin-Tson; Lee, Seung Hee (2009-12-07). "Low voltage blue-phase liquid crystal displays". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 95 (23): 231101. doi:10.1063/1.3271771. ISSN 0003-6951.

추가 정보

  • O.D. 라브렌토비치, M. 클레만:Springer Verlag의 "Cirality in Liquid Crystals, 5"에서 콜레스테릭 액정의 결함 및 위상:뉴욕(2001년), 발췌본은 여기에서 구할 수 있다.

가셋(즉, 3개의 이중 트위스트 실린더가 접촉하는 삼각형 영역)에 형성된 공개에 대한 자세한 내용은 124페이지의 그림 5.4를 참조하십시오.

외부 링크

  • 케임브리지 대학교 공학부 [1]
  • 케임브리지 대학교, 광전자 분자 재료 센터 [2]
  • 세계 최초의 블루 페이즈 테크놀로지 LC TV [3]