타원법을 이용한 광시야각 필름의 비균일 이방성 분포 연구

Abstract

액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)는 다른 디스플레이에 비해 생산량과 매출액 차이를 벌리며 디스플레이 산업계의 리더 역할을 하고 있고 지속적인 기술 개발을 통하여 그 격차를 더욱 벌리고 있다. LCD는 액정의 이방성 특성으로 인하여 시야각 제약과 액정의 물성 특성으로 인한 느린 응답속도 등의 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 LCD 제조 업계에서는 기존의 TN-LCD(Twisted Nematic-LCD)에 시야각 보상 필름을 하거나, 고급형 모니터나 대형 TV에 시야각 특성을 개선하기 위한 IPS(In Plane Switch), VA(Vertical Alignment) 등의 다양한 동작 모드 개발, 액정의 초기 응답 속도를 빠르게 하기 위한 과전압기술, 그리고 액정 자체의 응답 속도를 높이기 위한 블루 상 액정 개발 등 다양한 연구을 진행하고 있다. 이러한 LCD의 일반적인 연구 방법은 전압 인가에 따른 액정의 동작을 탄성계수나 유전율 이방성, 굴절률 이방성 등을 컴퓨터로 시뮬레이션하여 투과된 빛의 광학적 특성을 평가하거나 LCD 시제품을 제작하여 투과율 등을 측정, 또는 LCD의 시야각 보상 필름의 비균일 이방성 분포에 대해서는 이론적으로 예상되는 분포 특성을 적용하는 등의 결과에 대한 연구만 있을 뿐 실제로 광학적인 방법으로 제품을 투과한 빛의 특성을 분석하여 LCD의 액정분포나, 시야각 보상 필름의 비균일 분포 특성을 찾아내는 등의 연구는 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서 액정과 같이 비균일 이방성 특성을 갖는 광학 물질의 이방성 분포 특성을 연구하는 새로운 연구 방법을 소개하였다. 비균일 이방성 매질의 광축 분포 특성을 연구하기 위하여 우선 빛의 편광상태 표현에 대한 기본적인 내용을 설명하였다. 이방성 매질을 투과하는 빛의 편광상태 표현을 얻기 위한 확장된 존스 행렬계산법과 이 방법의 단점을 보완하여 개발된 확장된 존스 행렬계산법의 개선식에 대한 이론적인 표현을 유도하였고, 비균일 이방성 분포를 갖는 물질을 투과한 빛의 편광상태 변화를 분석하기 위하여 균일한 단층의 이방성 물질이 다층의 박막으로 이루어진 것으로 설정하여 이들 다층의 이방성 매질을 투과한 빛의 편광상태를 표현하는 새로운 연구 방법을 소개하였다. 이방성 매질을 투과한 빛의 편광상태 변화를 측정하기 위하여 회전검광자 방식의 투과형 타원계를 도입하였다. 투과형 타원계는 시료를 360도 회전시키거나 기울여 측정할 수 있는 시료거치대가 있어 비균일 광축 분포를 갖는 매질을 360도 회전시키며 다양한 입사각에서 푸리에 계수를 측정할 수 있으며 타원법의 모델링 분석법과 비균일 이방성 매질을 투과한 빛의 편광상태를 표현하는 방법을 이용하여 비균일 이방성 매질의 광축 분포 특성을 분석하였다. 비균일 이방성 매질로는 우선 TN-LCD에서 시야각 개선을 위해 사용하는 편광판과 보상판으로 이루어진 복합판에서 편광판과 보상판의 광축 정렬 오차와 보상판의 Rin, Rth를 동시에 결정하였다. 또한 편광판/보상판의 복합판보다 TN-LCD의 시야각 개선 효과가 매우 탁월한 Fuji Photo사의 Wide View 필름을 투과한 빛의 편광상태 변화를 측정하여 TAC(tri-acetyl cellulose) 기층 위에 광축이 연속적으로 변하는 판형 형태의 디스코틱 액정의 광축 분포를 코사인 함수와 지수적으로 감소하는 형태의 분포함수를 도입하여 디스코틱 액정의 광축 분포를 정확히 찾았다. 위와 같은 연구 방법은 디스코틱 액정뿐만 아니라 전압이 인가 되었을 때 TN-LCD의 액정 분포 특성이나, 다른 비균일 이방성 매질의 광학적 특성을 분석하는데 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.