[펌] TFT LCD의 원리 및 구조
▣ TFT LCD의 원리 및 구조
얇고 가벼운 모니터 하면 LCD 모니터를 떠올리지만 CRT 모니터만큼 그 구동원리에 대해서는 잘 알려지지 않았다. LCD 모니터의 가장 주요한 부품인 TFT LCD 모듈(일명 패널)의 구조와 원리에 대해 알아보고, LCD 모니터가 어떻게 색상을 표현하고 화면을 구현하는지에 대해 알아보자. 먼저 LCD가 디스플레이기기로서 이용될 수 있었던 가장 큰 공헌을 한 액정에 대해 알아보자.
■ 액정이란?
TFT LCD는 수백만개의 작은 셀들이 매트릭스 형태의 구조로 이루어진 박막 표시장치다. 액정 셀은
끝이 봉해진 2장의 유리판 사이에 액정이 들어 있는 구조로 유리판 내면에는 각각 나타내고자 하는 상을 표시하기 위한 전극이 형성돼 있다. 이들
전극들은 외부 단자에 전기적으로 접속돼 있다.
액정은 언뜻 보기에는 액체이지만 광학적으로는 결정체와 같은 이방성을 나타내는 특이
상태의 것으로 일정 온도 범위에서 액정이 되는 'Thermotropic Liquid Crystal'이라 불리는 유기화합물이다. LCD에는
반사형과 투과형이 있는데 반사형은 LCD 패널의 전면으로부터 입사시킨 빛을 패널 뒷면에 부착돼 있는 반사판에 반사시켜 표시하는 형이며 투과형은
배면으로부터 주위광 또는 형광을 입사시켜 상을 나타내는 형이다.
■ 동작원리
액정의 방향을 유도하기 위해 배향 처리된 면과 액정이 접촉하면 액정분자들이 배향막골과 평행하게
배열된다. 모든 액정 분자가 양쪽의 기판면 가까이에서는 평행으로 배열돼 있고, 양쪽 기판은 서로 배열방위가 90도 비틀어져 있다(이것을
twisted 분자배열이라 부른다). 따라서 액정분자는 양기판 사이에서 배열방위가 연속적으로 90도 비틀어져 있게 되고 빛은 액정을 통해
분자들의 방향을 따라서 진행한다. 분자들이 90도 비틀어져 있으면 그림과 같이 빛도 90도 틀어져 통과한다.
|
|
|
액정분자들이 배향막골과 평행하게 정렬된 상태 |
TFT에 전압과 같은 외부 힘이 인가되면 액정의 방향은 꼬임(90도 비틀어져 있는 상태)이 풀려서 한 방향으로 정렬하게 된다. 이렇게 액정이 패널면에 수직으로 정렬되면 빛은 직진하게 된다.
결국 입사한 빛을 통과시키느냐 마느냐는 액정의 꼬임과 풀림으로 결정된다. 양쪽 유리판에 편광판을 부착해 액정을 통과한 빛을 다시 한 방향으로 모아주어 화소에 빛을 입사시켜 최종적으로 화면에 나타나게 된다.
|
|
|
|
|
액정분자들이 양기판 사이에 90도 |
전압 인가시 액정분자들의 정렬 |
전압 off시 액정분자들의 정렬 상태 |
■ COLOR TFT LCD 모듈의 구조
TFT LCD는 크게 3개의 유닛으로 나눌 수 있다.
첫째, 기판과 기판 사이에 액정이 주입된 패널
둘째, 패널을 구동시키기 위한 드라이버 LSI 및
각종 회로 소자가 부착된 PCB(Printed Circuit Board)를 포함한 구동 회로부
셋째, 백라이트(BackLight)를 포함한
밑판 구조물
이들로 구성된 조립품들을 통상적으로 TFT LCD 모듈이라고 한다. TFT LCD 모듈은 노트북 PC, TV, 모니터와 같은 시스템에서 디스플레이 기능을 담당하는 하나의 서브 시스템(SubSystem)이다.
1 패널 패널의 기능은 백라이트 유닛(Backlignt Unit)에서 입사된 백색 평면광을 구동 회로 유닛으로부터 입력된 개개 화소의 신호 전압에 따라, 빛이 투과되는 화소에 투과되는 빛을 제어해 컬러 영상을 표현하는 역할을 한다.
2 백라이트 유닛(backLight Unit) 백라이트 유닛은 광원으로 사용되는 형광 램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 기능을 한다. 모듈의 두께 및 소비전력은 이 유닛의 두께를 얼마나 얇게 하면서 광이용률을 향상시키는지에 따라 크게 좌우된다. 백라이트에서 나온 빛은 디스플레이 모듈 유닛(Display Module Unit)을 통과하면서 밝기가 점점 감소한다. 백라이트 입사광의 약 5퍼센트의 빛만이 전면 편광기(front Polarizer)를 통과한다.
3 구동 회로 및 밑판 유닛 TFT LCD 패널은 'TFT-Array'와 'Color Filter' 기판으로 구성돼 있으며 주변부에 'Driver IC'를 포함한 구동 회로부가 설치돼 있어야 한다. 구동 회로는 다층 PCB 형태를 취하며 회로부품은 박형화와 고밀도화를 위하여 'Surface mounting Technology(SMT)'기술을 이용한다. 'Driver IC'는 'Tape Carrier Package(TCP)'형태로 제작돼 PCB와 패널 사이에 연결된다.
위와 같이 제작된 TFT LCD 패널, 백라이트 유닛, 구동 회로부는 'Chassis Unit'으로 완성돼 조립품 형태를 취하게 된다. 이를 TFT 모듈이라고 한다.