네 마틱 전계 효과 블랙 아웃

는 LCD실용적인 만든 뒤틀린 네 마틱 효과(TN-effect)는 주요 기술 돌파구였다.초기 표시 장치와 달리 TN-cells는 기류를 작업에 흐르기와 낮은 영업 전압 배터리 사용하기 적합한 사용이 필요 없었다.TN-effect 디스플레이의 도입이 디스플레이 분야에서 급속한 성장, 빠르게 대부분의 전자 제품에 대한 모 놀리식 LED와 CRT 같은 다른 공통 기술을 싸는 것으로 이어졌다.비록 그 이후로, LCD의 애플리케이션은 TN-effect에 면내 전환(IPS)또는 수직 정렬(VA) 같은 대안을 채택했다 1990년대까지 TN-effect LCD는 휴대용 전자 제품에 보편적인 것.

사진 정보 없이 많은 단색alphanumerical 디스플레이 여전히 TNLCD를 사용한다.

TN디스플레이 빠른 화소 응답 시간과 다른 LCD디스플레이 기술보다smearing으나, 수직 방향 특히 가난한 색 재현과 제한된 시야각, 이익을 얻는다.색, 완전히 반전될 때는 표시 장치에 수직 하지 않은 각도에서 볼 때 지점, 잠재적으로로 이동할 것이다.

묘사

트위스트 네매틱 효과는 인가된 전기장의 작용 하에 서로 다른 순서 분자 구성 간에 액정 분자의 재분류를 정밀하게 제어하는 것에 기초합니다.이는 적은 전력 소비와 낮은 작동 전압으로 실현됩니다.응용 분야에서의 액정 분자의 정렬의 근본적인 현상은 Fréedericks transition이라고 불리며 1927년 러시아 물리학자 Vsevolod Frederiks에 의해 발견되었다.

오른쪽 그림은 "일반적으로 흰색" 모드, 즉 액정에 전계가 인가되지 않을 때 빛이 전송되는 모드에서 작동하는 트위스트 네매틱 광변조기 액정 디스플레이의 단일 화소(픽셀)의 OFF 및 ON 상태를 보여줍니다.

OFF상태, 즉 전계가 인가되지 않은 상태에서 그림 중 두 개의 유리판 G 사이에 네매틱액정분자의 비틀림형태(일명 나선구조 또는 나선형)가 형성되며, 이들 G는 여러 개의 스페이서로 분리되어 투명전극₁ E, E로₂ 피복된다.전극 자체는 외부 필드가 존재하지 않을 때(왼쪽 다이어그램) 액정을 90° 정확하게 비틀 수 있는 정렬 레이어(표시되지 않음)로 코팅되어 있습니다.적절한 편광(약 절반)의 광원이 LCD 전면을 비추면 빛은 첫 번째 편광자 P를₂ 통과해 액정으로 들어가 헬리컬 구조에 의해 회전합니다.그런 다음 두 번째 편광자 P를₁ 통과하기 위해 첫 번째 편광에 대해 90°로 설정된 두 번째 편광자 P를 통과합니다.빛은 세포 뒷면을 통과하고 이미지 I는 투명하게 보입니다.

ON 상태, 즉 두 전극 사이에 필드가 인가되면 결정이 외부 필드(오른쪽 다이어그램)와 다시 정렬됩니다.이것은 결정의 신중한 비틀림을 "깨"시키고, 결정을 통과하는 편광의 방향을 다시 잡는 데 실패한다.이 경우 후면 편광자 P에₁ 의해 빛이 차단되고 이미지 I가 불투명하게 나타납니다.불투명도는 전압을 변경하여 제어할 수 있습니다.임계값에 가까운 전압에서는 일부 수정만 다시 정렬되고 디스플레이는 부분적으로 투명해집니다.전압이 증가하면 더 많은 크리스털이 완전히 "전환"될 때까지 다시 정렬됩니다.결정 자체를 자기장에 맞추려면 약 1V의 전압이 필요하며, 결정 자체를 통과하는 전류는 없다.따라서 이 작업에 필요한 전력은 매우 낮습니다.

꼬인 네매틱 액정으로 정보를 표시하기 위해 투명한 전극을 포토 리소그래피로 구조화해 매트릭스 또는 전극의 다른 패턴을 형성한다.전극 중 하나만 이러한 방식으로 패턴화하면 되고, 다른 전극은 연속적으로 유지될 수 있습니다(공통 전극).디지털 시계나 계산기와 같이 정보량이 적은 수치 및 영숫자 TN-LCD의 경우 분할 전극으로 충분하다.보다 복잡한 데이터 또는 그래픽 정보를 표시해야 할 경우 전극의 매트릭스 배열이 사용됩니다.따라서 컴퓨터 모니터용 LCD 화면이나 평면 TV 화면과 같은 매트릭스 디스플레이의 전압 제어 어드레싱은 세그먼트 전극보다 복잡합니다.제한된 해상도의 매트릭스 또는 대형 매트릭스 패널에서의 느린 변화 디스플레이의 경우 각 행과 열에 독립된 전자 드라이버가 있는 한 전극의 수동 그리드는 수동 매트릭스 어드레싱을 구현하기에 충분하다.고속 응답(예를 들어 애니메이션 그래픽스 및/또는 비디오용)을 필요로 하는 고해상도 매트릭스 LCD는 개개의 화상 어드레싱을 가능하게 하기 위해 디스플레이의 각 화소(픽셀)에 추가 비선형 전자소자를 통합할 필요가 있다(예를 들어 박막 다이오드, TFD 또는 박막 트랜지스터, TFT).크로스톡이 없는 먼트(비표준 픽셀의 활성화가 권장되지 않음).

역사

RCA연구

1962년, RCA 연구소에서 일하는 물리 화학자인 리차드 윌리엄스는 진공관 없이 디스플레이 기술을 만들어낼 수 있는 새로운 물리 현상을 찾기 시작했다.그는 네매틱 액정을 포함한 긴 연구 라인을 알고 115°C(239°F)의 녹는점을 가진 p-아조옥시아니솔 화합물에 대한 실험을 시작했습니다.Williams는 가열된 현미경 단계에서 125°C(257°F)로 유지되는 유리판의 투명한 산화 주석 전극 사이에 샘플을 배치하는 실험을 했습니다.그는 스택 전체에 가해지는 매우 강한 전기장이 줄무늬 패턴을 형성한다는 것을 발견했다.이것들은 나중에 "윌리엄스 도메인"^[1]으로 불렸다.필요한 전압은 센티미터당 약 1,000볼트로 실제 장치로는 너무 높았다.개발이 오래 걸릴 것이라는 것을 깨달은 그는 연구를 물리학자 조지 헤일마이어에게 넘기고 다른 연구로 옮겼다.

1964년에 RCA의 조지 H. 헤이르마이어는 루이 자노니와 화학자 루시안 바톤과 함께 전류를 가하면 투명한 상태와 산란성이 높은 불투명한 상태 사이에서 어떤 액정이 전환될 수 있다는 것을 발견했다.산란은 주로 광원을 향해 후방 산란하는 것과 반대로 결정체 안으로 전진했다.결정의 반대편에 반사경을 배치함으로써, 입사광을 전기적으로 켜거나 끌 수 있었고, 헤일마이어가 동적 산란이라고 부르는 것을 만들었다.1965년 유기 화학자인 조셉 카스텔라노와 조엘 골드마허는 상온에서 유체 상태를 유지하는 결정을 찾았다.6개월 이내에 그들은 많은 후보자를 찾았고, 더 많은 개발로 ^[1]RCA는 1968년에 최초의 액정 디스플레이를 발표할 수 있었다.

동적 산란 디스플레이는 성공했지만 비교적 높은 전압뿐만 아니라 장치를 통과하는 일정한 전류가 필요했습니다.이 때문에, 이러한 종류의 디스플레이가 많이 사용되고 있는 저전력 상황에서는 매력이 없어졌습니다.LCD는 자체 조도가 높지 않아 조도가 낮은 상황에서 사용할 경우 외부 조명이 필요하기 때문에 기존 디스플레이 기술이 전반적으로 매력적이지 않았다.또 다른 제한은 시야각을 제한하는 거울의 요건이었다.RCA 팀은 이러한 한계와 다양한 기술의 지속적인 개발을 인지하고 있었습니다.

이러한 잠재적 영향들 중 하나는 1964년 Heilmeier에 의해 발견되었다.그는 유기 염료를 액정에 부착시킬 수 있었고, 외부 장에 의해 정렬될 때 유기 염료가 제자리에 고정될 수 있었습니다.한 정렬에서 다른 정렬로 전환하면 염료가 보이거나 숨겨져 게스트 호스트 효과라고 불리는 두 가지 색상의 상태가 됩니다.동적 산란 효과가 성공적으로 ^[1]입증되었을 때 이 접근법에 대한 작업이 중단되었다.

TN-effect

또 다른 잠재적 접근법은 1911년 프랑스 물리학자 샤를 빅토르 모귀인에 의해 처음 발견되었던 트위스트 네매틱 접근법이었다.Mauguin은 다양한 반고체 액정을 실험하던 중 종이 한 장을 끌어당겨 결정체를 편광으로 만들 수 있다는 것을 알아챘다.그는 나중에 그가 두 개의 정렬된 편광자 사이에 결정을 끼웠을 때, 그는 그것들을 서로 비틀 수 있다는 것을 알아챘지만, 빛은 계속 전달되었다.이것은 예상하지 못했던 일이다.일반적으로 편광자 2개가 직각으로 정렬되어 있으면 빛이 이를 통해 흐르지 않습니다.Mauguin은 빛이 수정 자체의 ^[1]비틀림에 의해 다시 편광되고 있다고 결론지었다.

1967년 RCA에 입사한 물리학자 볼프강 헬프리치는 모구인의 뒤틀린 구조에 관심을 갖게 됐고 전광판을 만드는 데 사용될 수도 있다고 생각했다.그러나 RCA는 편광자 두 개를 사용하는 어떤 효과도 많은 양의 빛을 흡수하기 때문에 밝은 빛을 필요로 하기 때문에 거의 관심을 보이지 않았다.1970년 헬프리치는 RCA를 떠나 스위스의 호프만 라로슈 중앙연구소에 입사해 고체물리학자인 마틴 샤트와 함께 연구했다.샤트는 Helfrich가 게스트 호스트 ^[1]실험의 일환으로 RCA의 이전 연구에서 보고했던 PEBAB(p-ethoxybenzylidene-p'-aminobenzonitrile)라고 불리는 액정 물질의 비틀린 버전과 전극으로 샘플을 만들었다.전압이 인가되면 PEBAB는 필드를 따라 정렬되어 비틀림 구조와 편광의 리다이렉션을 해제하고 셀을 불투명하게 만듭니다.

특허 전투

이 시기에 브라운, 보베리 & 시(BBC)^[2]도 Hoffmann-LaRoche와의 이전 공동 의학 연구 협정의 일환으로 이 장치를 사용하고 있었습니다.BBC는 웨스팅하우스 연구소의 액정 전문가인 제임스 퍼거슨과 연관된 미국의 물리학자에게 그들의 연구를 시연했다.Fergason은 디스플레이용 TN 효과에 대해 연구하고 있으며, ILIXCO를 설립하여 켄트 주립 대학 액정 ^[3]연구소에서 Sardari Arora 및 Alfred Saupe와 함께 수행되고 있는 연구 개발을 상용화하고 있습니다.

시연 소식이 호프만 라로슈에 전해지자 헬프리히와 샤트는 1970년 12월 4일 특허를 신청했다.그들의 공식 결과는 1971년 2월 15일자 Applied Physical Letters에 게재되었다.디스플레이에 대한 새로운 효과의 실현 가능성을 입증하기 위해 샤트는 1972년에 ^[1]네 자리 디스플레이 패널을 제작했습니다.

Fergason은 1971년 ^[3]2월^[1] 9일 또는 1971년 4월 22일에 미국에서 유사한 특허를 발표했다.이는 스위스 특허가 출원된 지 두 달 만에 법정 밖에서 해결된 3년간의 법적 대립의 발판을 마련한 것이다.결국, 모든 당사자들은 수백만 달러의 로열티를 받게 된다.

액정 재료에 대한 상업적 개발.

PEBAB는 물이나 알칼린에 노출되면 분해되기 쉬웠으며 오염을 방지하기 위해 특수 제조가 필요했다.1972년 George W. Gray가 이끄는 팀은 ^[4]반응성이 낮은 물질을 생산하기 위해 PEBAB와 혼합될 수 있는 새로운 유형의 시아노비페닐을 개발했다.이러한 첨가제는 또한 결과적으로 발생하는 액체의 점성을 줄여 응답 시간을 단축하는 동시에 투명성을 높여 순백색 디스플레이를 생성했습니다.

이 작업은, 차례로, 다름슈타트의 Merck KGa에서 루드비히 폴, 루돌프 에이덴싱크 그리고 그들의 동료들에 의해, 시아노페닐시클로헥산이라고 불리는 완전히 다른 종류의 네매틱 결정의 발견으로 이어졌다.그것들은 순식간에 거의 모든 LCD의 기반이 되었고,^[5] 오늘날에도 Merck의 비즈니스의 주요 부분을 차지하고 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

• 디스플레이 기술의 역사

레퍼런스

추가 정보

• 조셉 A.Castellano: Liquid Gold - The Story of Liquid Crystal Displays and Creation of a Industry, World Scientific Publishing, 2005년
• 피어 키르슈, "머크에서 100년 액정: 미래의 역사." 제20회 국제 액정 회의, 2004년 7월
• 데이비드 A.던머와 호스트 스테그마이어: "흐르는 크리스탈: 액정의 역사에서 나온 고전 논문", Timothy J. Sluckin(Taylor와 Francis 2004) 번역 및 해설과 함께 편집, ISBN0-415-25789-1, 액정의 역사 홈페이지
• Werner Becker(편집자):"100년간의 상업용 액정 재료", 정보 디스플레이, Volume 20, 2004
• Gerhard H. Buntz(특허변호사, 유럽특허변호사, 물리학자, 바젤), "TN-LCD(Twisted Nematic Liquid Crystal Displays, 세계적인 효과가 있는 바젤의 발명품)", 정보 No. 118, 2005년 10월, 바젤, 제네바, 취리히.독일어판
• Rolf Bucher: "Wie Schweizer Firmen aus dem Flüssigkristall-Rennen fielen", Das Schicksal von Roche und BBC-Entwicklungen in Zehn Abschnitten", Neue Zurcher Zeitung, Nr.146/B12.06.
• M. Schadt: "필드 효과 액정 디스플레이 및 재료 역사의 이정표", Jpn. J. Appl.물리 48(2009), 페이지 1~9