평판 디스플레이 소개
(Flat Panel Display)
디스플레이란 무엇인가?
사람과 기계의 연결매체 (human-machine-interface)
TV, 컴퓨터, 통신기기, 산업용기기로 부터 발생하는 전기적인 정보 신호를 빛 정보 신호로 변환하여 사람의 시각이 인지할 수 있는 패턴화 정보를 통해 사람에게 전달하 는 일련의 변환, 표시 장치를 말한다. 즉, 전자기기와 시각을 통해서 사람과의 정보 교환을 위한 전자적 기계
Electronic Information Display 분류
발광형 표시 (emissive display): 디스플레이의 빛 정보 신호가 자체의 발광에 의해 표시
비발광형 표시 (non-emissive display): 반사, 산란, 간섭 현상 등에 의한 주변광의 제어, 즉 광변조로 표시
음극선관 디스플레이 (CRT, 일명 Braun관)
CRT의 원리
자체적으로 빛을 방출하는 디스플레이
CRT의 구성
브라운관의 음극에 설치된 전자총에서 음극전자 (열전자)가 방출되면 이 전자는 강한 플러스 전기 에 이끌려서 튜브를 따라 주사되는 데, 이때 Deflection Yoke는 전자를 상하좌우로 편향시켜 2차 원의 디스플레이가 가능
전자는 형광체 (phosphor)가 코팅되어 있는 스크린의 뒷면 즉 형광면에 부딪혀 형광체를 발광시 키고 글자나 도형 등의 영상을 화면상에 디스플레이하게 됨.
액정 디스플레이 (LCD, Liquid Crystal Display)
대부분의 휴대전화: 직시형 능동행렬 (active matrix: AM) 방식 TN-LCD, IPS-LCD (LG), VA-LCD (Samsung)
투과형: 배면광 (backlight)을 이용하여 나온 빛의 세기를 LCD 패널이 조절
반사형: 자연광 및 주변의 빛을 LCD 패널이 반사하여 화상을 표시
반투과형: 투과형과 반사형을 동시에 구현하는 방식, 실내에서는 투과형, 실외에서는 반사형 방식을 사용하여 최적의 화상을 표현하는 방식
twisted nematic (TN)
super TN (STN)
ferroelectric (F)
in-plane switching (IPS)
vertical alignment (VA)
Polymer dispersed (PD)
시야각, 응답속도, 사용온도
투과형 vs 반사형
구동방식에 따른 분류는 상하 두 기판의 전극 사이에 들어있는 액정에 전압을 인가하는 방식에 따른 것으로, 수동행렬 (passive matrix) 방식은 상하 두 기판의 교차 전극에 의 해 정의되는 각 화소에 전압 파형을 인가하는 것이고, 능동행렬 (active matrix) 방식은 스위치 역할을 하는 능동소자를 화소마다 제작하여 구동하는 방식임. 수동행렬 방식은 주로 초기의 LCD 제품 (시계, 계산기 등) 등에 이용되었다.
각 화소를 능동소자에 의해 제어하는 능동행렬 방식은 능동소자의 단자의 수에 따라 2 단자 (two terminal) 소자 또는 3단자 (three terminal) 소자를 이용한다.
2단자 소자로는 다이오드와 metal-insulator-metal (MIM) 소자가 있다. 한편, 3단자 소자 방식에서는 박막 트랜지스터 (thin film transistor: TFT)가 이용된다. 이 경우 TFT의 활성층 (active layer)의 종류에 따라 비정질 실리콘 (a-Si:H) TFT, 다결정 실리콘 (poly-Si) TFT, CdSe TFT, 산화물 반도체 TFT 등이 있고, 현재 대부분의 TFT-LCD 제품은 a-Si:H TFT를 이용하고 있으며 향후 산화물 반도체나 poly-Si TFT로 전환될 것으로 예상된다.
드라이버 IC의 모든 출력단과 모든 화소 사이의 배선을 1대1로 연결하여 신호를 전송하 는 direct (또는 passive) 구동방식과 1개의 배선을 이용하여 1개의 드라이버 IC의 출 력으로 부터 다수의 화소에 신호를 전송하는 active matrix 구동방식을 비교하는 그림 이다.
Passive 구동방식의 LCD는 신호 전압이 이웃 화소에도 영향을 주게 되어 전극의 수가 증가할수록 명암 대비를 나타내는 Contrast 가 급격히 낮아져서 화질이 떨어진다. 반면 active 구동방식의 경우, 능동소자를 이용하여 화소를 조절함으로써 화소간의 간섭을 제거할 수 있어 화질이 우수하다.
배선수: 𝑚𝑚 × 𝑛𝑛 ≫ 𝑚𝑚 + 𝑛𝑛
Active Matrix LCD (TFT-LCD) 패널의 구조
직시형 TFT-LCD의 구조 (투과형)
TFT-LCD의 동작 원리
(Normally white mode) Color filter 기판
TFT-array 기판
액정 분자배열 변화
위 아래 기판에서 액 정이 90도로 비틀려 배열 (TN 액정구조)
패널의 광투과도 변화
TFT의 역할
능동 행렬 방식의 LCD는 한쪽 기판에 수직으로 전극선이 배치되도록 하고 전극이 교차 하는 곳 (화소)에 TFT와 같은 능동 소자를 배치시킨다. RGB 세개의 화소가 모여서 한 개의 컬러화소를 이루며, TFT는 RGB 화소에 각각 형성되어 SVGA (800×600)급의 경우, 3×480000개의 TFT가 필요하다.