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디스플레이공학
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제4장TFT-LCD
디스플레이공학
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평판 디스플레이의 면적 당 화소수 이 그림에서는 컴퓨터 터미널디스플레이를 기준으로 하였고 행과 열에 해당하는 화 소의 수는H 와 V로 표현되었으며 각각의 해상도는 기판크기를 460times360 가정했을 때의 패널과 화소크기로 예를 들었다
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TFTLCD의 구성도TFT와 color-filter기판은 평행한 두 개의 얇은 판으로서그 사이에 액정 층이 삽입되는 구조를갖는다 Normally-White 디스플레이인 교차 편광판 시스템 (crossed-polarizer system)을 나타내었다
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Basic structure of BLU
Issue for designbull Brightness bull Uniformity
bull Direct Type
bull Side Type
Wedge type
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Backlight 조명에 대한 스펙트럼의 예 양질의 칼라를 얻기 위하여R G B 삼파장 조명을 할 수 있도록 설계된다
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편광 필름을 글라스 표면에접착시키기 위하여 사용
저반사층
입사광을 편광시키는 역할
편광 필름의 구조
보 호 필 름
AGAR coating
TAC 지지체
고분자 편광 매질
TAC 지지체
접 착 층
보 호 필 름
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TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
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TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
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LC
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각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
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TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
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TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
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Color filter 의 구조
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TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
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디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
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휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
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휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
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TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
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개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
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개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
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색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
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Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
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시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
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대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
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대표적인 디스플레이의 해상도
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디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
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주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
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TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
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(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
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x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
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잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
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잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
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잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
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TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
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유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
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TFT와 화소 구조
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Storage Capacitor 구조
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독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
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액정디스플레이의 분류방법
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Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
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AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
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투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
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3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
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3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
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LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
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각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
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CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
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염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
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Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
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TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
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TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
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AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
2
평판 디스플레이의 면적 당 화소수 이 그림에서는 컴퓨터 터미널디스플레이를 기준으로 하였고 행과 열에 해당하는 화 소의 수는H 와 V로 표현되었으며 각각의 해상도는 기판크기를 460times360 가정했을 때의 패널과 화소크기로 예를 들었다
디스플레이공학
3
TFTLCD의 구성도TFT와 color-filter기판은 평행한 두 개의 얇은 판으로서그 사이에 액정 층이 삽입되는 구조를갖는다 Normally-White 디스플레이인 교차 편광판 시스템 (crossed-polarizer system)을 나타내었다
디스플레이공학
4
Basic structure of BLU
Issue for designbull Brightness bull Uniformity
bull Direct Type
bull Side Type
Wedge type
디스플레이공학
5
Backlight 조명에 대한 스펙트럼의 예 양질의 칼라를 얻기 위하여R G B 삼파장 조명을 할 수 있도록 설계된다
디스플레이공학
6
편광 필름을 글라스 표면에접착시키기 위하여 사용
저반사층
입사광을 편광시키는 역할
편광 필름의 구조
보 호 필 름
AGAR coating
TAC 지지체
고분자 편광 매질
TAC 지지체
접 착 층
보 호 필 름
디스플레이공학
7
TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
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디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
3
TFTLCD의 구성도TFT와 color-filter기판은 평행한 두 개의 얇은 판으로서그 사이에 액정 층이 삽입되는 구조를갖는다 Normally-White 디스플레이인 교차 편광판 시스템 (crossed-polarizer system)을 나타내었다
디스플레이공학
4
Basic structure of BLU
Issue for designbull Brightness bull Uniformity
bull Direct Type
bull Side Type
Wedge type
디스플레이공학
5
Backlight 조명에 대한 스펙트럼의 예 양질의 칼라를 얻기 위하여R G B 삼파장 조명을 할 수 있도록 설계된다
디스플레이공학
6
편광 필름을 글라스 표면에접착시키기 위하여 사용
저반사층
입사광을 편광시키는 역할
편광 필름의 구조
보 호 필 름
AGAR coating
TAC 지지체
고분자 편광 매질
TAC 지지체
접 착 층
보 호 필 름
디스플레이공학
7
TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
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각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
4
Basic structure of BLU
Issue for designbull Brightness bull Uniformity
bull Direct Type
bull Side Type
Wedge type
디스플레이공학
5
Backlight 조명에 대한 스펙트럼의 예 양질의 칼라를 얻기 위하여R G B 삼파장 조명을 할 수 있도록 설계된다
디스플레이공학
6
편광 필름을 글라스 표면에접착시키기 위하여 사용
저반사층
입사광을 편광시키는 역할
편광 필름의 구조
보 호 필 름
AGAR coating
TAC 지지체
고분자 편광 매질
TAC 지지체
접 착 층
보 호 필 름
디스플레이공학
7
TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
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24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
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대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
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대표적인 디스플레이의 해상도
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디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
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주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
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TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
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(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
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31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
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32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
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잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
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잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
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TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
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36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
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TFT와 화소 구조
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Storage Capacitor 구조
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독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
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액정디스플레이의 분류방법
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Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
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AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
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투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
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52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
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LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
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각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
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56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
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59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
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염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
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Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
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TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
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65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
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66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
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대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
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color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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RedGreenBlue color filter 제작공정
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
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액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
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액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
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방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
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디스플레이공학
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TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
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two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
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TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
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Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
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CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
5
Backlight 조명에 대한 스펙트럼의 예 양질의 칼라를 얻기 위하여R G B 삼파장 조명을 할 수 있도록 설계된다
디스플레이공학
6
편광 필름을 글라스 표면에접착시키기 위하여 사용
저반사층
입사광을 편광시키는 역할
편광 필름의 구조
보 호 필 름
AGAR coating
TAC 지지체
고분자 편광 매질
TAC 지지체
접 착 층
보 호 필 름
디스플레이공학
7
TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
6
편광 필름을 글라스 표면에접착시키기 위하여 사용
저반사층
입사광을 편광시키는 역할
편광 필름의 구조
보 호 필 름
AGAR coating
TAC 지지체
고분자 편광 매질
TAC 지지체
접 착 층
보 호 필 름
디스플레이공학
7
TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
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디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
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휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
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휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
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TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
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개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
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개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
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색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
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Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
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시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
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대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
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대표적인 디스플레이의 해상도
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디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
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주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
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TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
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(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
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x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
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잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
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잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
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잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
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TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
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유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
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TFT와 화소 구조
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Storage Capacitor 구조
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독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
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액정디스플레이의 분류방법
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Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
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AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
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투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
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49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
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52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
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LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
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각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
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CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
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61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
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TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
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AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
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대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
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color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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RedGreenBlue color filter 제작공정
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
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액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
7
TFT기판
TFT-LCD의 TFT어레이 기판
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
8
TFTLCD의 개략도 이 특정한 구조는 컴퓨터 터미널 디스플레이에 쓰이고 있으며 각 화소는 사각형의 형태로 설계되고 3개의RGB subpixel (혹은 dot)로 구성돼 있다
Data Input
G
a
t
e
S
c
a
n
1
2
m
1 2 3 n
Data Line
Gate Line
Stg Cap
LC TFT
LCD Array Pixel Structure
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9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
9
디스플레이공학
10
LC
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
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121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
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124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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LC
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각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
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TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
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TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
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Color filter 의 구조
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TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
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디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
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휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
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휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
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TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
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개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
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개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
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색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
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Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
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시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
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대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
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대표적인 디스플레이의 해상도
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디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
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주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
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TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
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(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
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x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
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32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
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잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
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잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
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TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
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36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
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TFT와 화소 구조
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40
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Storage Capacitor 구조
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42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
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43
액정디스플레이의 분류방법
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44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
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45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
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46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
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47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
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48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
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49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
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54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
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각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
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CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
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NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
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TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
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TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
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AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
11
각 화소는 세 개의 dot(R G B)으로 구성되어 있다 black matrix는 회색으로 나타나 있으며 TFT를 덮는다 Black matrix 영역을효과적으로 활용하기 위하여 storage capacitance 전극(좀더 진한 회색부분)은 H모양이 되도록 수직배치
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
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액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
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Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
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AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
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투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
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NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
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각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
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CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
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염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
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Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
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TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
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AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
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color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
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83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
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84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
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85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
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Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
12
TFTLCD 화 소 의단 면 구 조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문 질 러 진 다 Spacer 의 직 경 은액정의 셀 gap을의 미 하 며5micrometer 정도의 크기를 갖는다
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
13
TFTLCD 화소의 단면 구조 polyimide 막은 액정분자들이 알맞은방향으로 배열되도록 문질러진다 Spacer의 직경은 액정의 셀gap을 의미하며 5mm 정도의 크기를 갖는다
TFT - LCD Cell 구조
TFT Substrate
Spacer
Glass
Passivation
Black Matrix Color Filter
Common Electrode
Polyimide Film
Gate
Pixel ElectrodeSourceDrain
CF Substrate
Liquid
Crystal
Insulator Stg Cap
a-SiH
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
14
Color filter 의 구조
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
75
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
15
TN 셀의 분자 배향전계가 없을 경우상하 유리기판 사이에서분자 배열은 90 deg의 각도로회전한다 선편광된 빛은 셀을 통하여 투과될 때 90deg회전한다
디스플레이공학
16
디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
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TFT-LCD Module
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Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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디스플레이 시스템의 모식도 콘트롤러 전원 그리고 여러 회로들이 조합되어 디스플레이를 구동하게 된다
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휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
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휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
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TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
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20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
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개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
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색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
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23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
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24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
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대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
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대표적인 디스플레이의 해상도
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디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
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주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
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29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
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30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
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x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
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잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
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잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
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잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
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TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
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36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
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TFT와 화소 구조
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41
Storage Capacitor 구조
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42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
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43
액정디스플레이의 분류방법
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44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
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45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
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46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
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47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
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48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
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54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
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55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
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56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
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58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
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59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
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61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
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대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
17
휘도관련 용어
용어 단위 의미 도식 비고
광속(LuminousFlux empty )
루멘(lm)
광속은 광원으로부터나오는 모든 빛(가시광)의 총량
광도는 방사각도 W 내에서 방출되는 광속을 나타냄
광도(Luminous Intensity I)
칸데라(cd)
일반적으로 광원은 여러 방향 다른 강도의광속(empty)을 방사하며 광도는 특정 방향으로부터 얼마만큼의 빛이방사되는지를 정의함
빛은 사람의 눈이 밝기로 감지하는전자파의 일종입니다 즉 눈으로볼 수 있는 스펙트럼의 한 부분으로가시광선(380-780nm)이라고 불리는 파장을 말합니다
조도(Illuminance E)
룩스(lx)
조도는 광속과 조사면의 비율 (비례관계)를나타내며 1lx란 1m2의면적 위에 1lm의 광속이 균일하게 조사될때를 말합니다
=단위면적에 조사되는 광속조사면적(m2)
휘도(Luminance L)
cdm2
광원 또는 조사면의휘도는 밝기를 측정하는 중요한 요소입니다
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
18
휘도에 따른 표시화면의 차이
bull 광도(Icd) = 한방향으로 방출되는 광속한 방향 각도(sr)
bull 휘도(L cdm2) = 광도(cd)조사 면적(m2)
bull 조도(E lx) = 단위 면적에 조사되는 광속조사 면적(m2)
bull 램프효율(lmW) = 광속(lx)전력 소모량(W)
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
19
TFT-LCD 기판에서 층별 투과율
후면광으로부터 나온 빛은 후면 편광판에서 43 감소하고 TFT-LCD 기판의 color filter 액
정 TFT array를 통과하면서 20 정도로 감소하게 되므로 대부분의 빛이 TFT-LCD 기판에서
손실된다 상단의 그림에 각각의 층에서 휘도감소를 도식화 하였다
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
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83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
20
개구율
TFT array의 개구영역 (aperture area)
높은 컨트라스트와 색재현율(다음 section에서 설명)을 유지하기 위해서는 TFT-LCD 기판의
투과율은 높혀야 한다 이러한 TFT-LCD 디스플레이의 투과율은 개구율에 정비례하게 되는데
개구율(aperture ratio)의 정의는 다음과 같다
Aperture ratio[]=CF의 투과면적Active area 면적
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
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대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
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디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
21
개구율
BM margin과 개구율
TFT-LCD의 개구율의 정의는 ldquo단위화소에서 빛이 통과되어 나올 수 있는 면적의 비rdquo이다
상단의 그림과 같이 color filter의 BM(black matrix)로 정의된다 BM의 영역은
① ldquo액정분자가 정확히 제어가 되지 않는 부분rdquo인 화소전극의 fringe electric field 영역 차단
부분 ② x-talk을 최소화할 목적으로 기생 용량성분을 최소화하기 위한 ldquo화소전극-data 신
호 배선의 전기적 절연 마진rdquo ③ 상하 기판의 정렬(alignl) 마진(~5μm)으로 구성된다
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
22
색재현율
NTSC와 EBU의 기준
NTSC (National Television Systems Committee) 전미 TV 방식위원회 미국
캐나다 멕시코 일본 등에서 사용되는 칼라 TV 시스템으로서 전미 TV방식위원
회의 권고에 의해 FCC연방통신위원회 (Federal Communications
Commission) 가 승인한 방송 규격
EBU (European Broadcasting Union) 유럽방송연맹에 가맹한 텔레비전 방송
회사들이 프로그램과 뉴스 소재를 교환하기 위해 만든 국제 중계 네트워크 및
이 단체가 승인한 방송 규격
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
23
Rising time과 falling time을정의하는 시간에 따른투과율 변화 그림
(a) lt16ms (b)~50ms
응답속도에 따른디스플레이 이미지의 차이
응답 속도
응답속도의 의미는 디스플레이의 휘도가 가장 밝은 상태(white)의 90에서 10까지 변할
때 걸리는 시간(Rising time Tr)과 반대로 휘도가 가장 어두운 상태(black)의 90에서 10
까지 변할 때 걸리는 시간(falling time Tf)로 정의하여 일반적으로 Tr과 Tf의 합으로 나타낸
다
TfTr
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
24
시야각
디스플레이의 시야각을정의하는 좌표계
계조반전 시야각을 정의하기 위한시야각과 휘도간의 관계 그림
계조 반전시야각은 오른쪽의 그림과 같이 디스플레이의 계조를 8개로 나누고 φ가 0 90
180 270 도 지점에서 휘도를 측정하여 낮은 level의 계조가 높은 레벨의 계조보다 휘도가 높
아지는 각도 Θ를 계조반전 시야각으로 정의한다
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
25
대표적인 pixel의 3가지 배열 형태
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
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83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
26
대표적인 디스플레이의 해상도
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
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TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
27
디스플레이 pixel image에 따른 컨트라스트 비교
CR = Black brightness
White brightness
위의 수식은 암실에서 주변 환경 휘도가 0이라고 생각할 때의 관계식이며 만일 주변 휘도
(external brightness)를 고려하면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness + external brightness times reflectance
인가휘도가 매우 작다면
CR = Black brightness + external brightness times reflectance
White brightness
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
28
주변밝기와 각 디스플레이 종류에 따른 CR특성 contrast에 따른 이미지 차이 비교 이미지
(a) (b)
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
29
TFT-LCD에서 차지하는 소비전력 구성도
LCD에서 소모되는 전력의 대부분은 후면광을 포함하는 후면광 unit 이다 전체에서 소모되
는 전력의 60이다 따라서 소비전력의 절감을 위한 후면광 unit의 효율성 증대는 절대적이
라고 할 수 있다
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
30
(+)주기와 (-)주기의 ΔVp의 정의와 파형도
구동의 (+)주기에서의 ΔVp와 (-)주기에서의 ΔVp의 크기가 달라서 투과되는 빛의 양의 차이
로 인해 시각적으로 깜빡거리는 것처럼 보이는 현상을 말한다
일반적으로 ΔVp는 아래와 같이 정의된다 ΔVp는 data 전압 크기에도 영향 받는다
Kickback 전압
TFT가 on 상태에서 off 상태로 전환될 때 gate 전극전압의 급격한 변화는 gate전극과
Drain 전극사이의 기생용량(Cgd)에 의한 capacitive coupling 현상에 의해 화소전극에 인가
된 전압이 변동되는 전압
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
77
디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
31
x-talk 평가 pattern
x-talk은 특정한 pattern에서 특정 부분
의 이미지가 다른 영역에 영향을 주어
휘도의 변화 혹은 이미지의 왜곡을 주
는 요소로써 디스플레이 품위에 중요한
판단요소가 된다
X-talk는 아래와 같이 정의한다
수평 x-talk () = [Y-Yx]Y times100
수직 x-talk () = [Y-Yy]Y times100
수평과 수직 x-talk은 TFT array의 설계시 발생하는 기생용량이 근본 원인
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
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디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
32
잔상
잔상이란 일정한 시간동안 동일한 pattern을 표시한 후 다른 pattern으로 변
경하였을 때 이전의 pattern이 남아있는 현상
잔상의 원인은 a) 동일한 전압인가에 따른 LC의 열화에 따른 V-T curve 변경
b) 오염된 LC에 기인한 PI표면에 이온흡착에 따른 V-T curve 변경 c) 비정상
구동에 따른 (+) frame과 (-) frame의 전압차이에 의한 잔류전계가 PI면에
전사되는 경우 등 다양하게 나타난다
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
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편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
33
잔상
잔상을 평가하기 위한 pattern
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
34
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
잔상이 발생하였을 경우의 이미지 pattern
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
35
TFT-LCD panel의 모식도
평면상에 세로방향으로 연결된 수로와 가로방향으로 연결된 수도꼭지를 가지고
있으며 세로와 가로의 수로가 가로지르는 지점에는 물탱크가 하나씩 있다고 하
면 상단의 그림과 같이 TFT-LCD panel가 수로가 11로 대응됨을 알 수 있다 각
각의 부품들은 수도꼭지는 TFT 가로와 세로의 배관은 금속배선 물탱크는 용량
기(capacitor) 물은 전하 물탱크에 담겨있는 물의 수위는 전위(electrical
potential)로 대응된다
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
36
유지기간에서의 동작모식도
일정한 주기로 수도꼭지의 밸브를 열어주게 되는데 이 주기가 디스플레이에서는
프레임 주파수(frame frequency)로써 일반적으로 160초 즉 60 Hz로 정의되어
있다 실제로 1개의 프레임은 가로배관의 수로 분할되므로 수도꼭지는 160(가
로배관의 수)의 주기로 열리게 된다
디스플레이는 소스 signal에 따라서 충전(charging) 유지(holding)의 2개의 상
태를 반복적으로 수행하게 된다
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
38
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
37
TFT와 화소 구조
디스플레이공학
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디스플레이공학
39
디스플레이공학
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디스플레이공학
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Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
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color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
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액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
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액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
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독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
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CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
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CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
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편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
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시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
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대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
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color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
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디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
39
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
40
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
41
Storage Capacitor 구조
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
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59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
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61
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62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
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64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
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TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
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AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
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68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
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69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
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70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
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71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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74
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77
디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
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81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
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83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
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84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
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85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
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90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
42
독립배선 방식
Cs-On-Gate 방식
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
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계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
43
액정디스플레이의 분류방법
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
44
Twisted Nematic LC의 간단한 동작 원리
TN-LC는 normally white mode에서 동작하는데 위의 그림에서 V=0 상태일 때
빛은 LC에 평행하게 흘러들어가 편광판(polarizer)을 통과하게 되고 이때가
white 상태이다 그러나 V=5가 인가되면 LC가 전계를 따라 배열되고 빛의 편광
판 투과를 막아 글자를 나타나게 하는 것이다
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
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63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
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67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
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72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
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79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
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83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
45
AM-LCD와 PM-LCD의 비교
STN-LC또한 작동 원리는 TN-LC와 유사하지만 회전각이 크기 때문에 더 큰
contrast비를 가져다 주었다
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
46
투과형반사형 그리고 반투과형 액정 표시장치의구조
반사형 액정 표시 장치는 배면광 소자가 필요 없기 때문에 전력 및 배터리 소모
를 줄일 수 있다 LCD에 요구되는 액정 특성을 살펴보면 다음과 같다 1) 넓은
동작온도 범위 2) 고속응답 3) 고대비비 4) 저 전압구동 5) 고전압 최저 투과
율 6) 반응시간 감소 7) 넓은 시야각 특성 8) 신뢰성이다
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
47
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
TN (twisted nematic) mode 액정 cell에 Vth 이하의 전압이 인가되면 상단 그림
과 같이 액정 분자는 액정이 주입된 초기상태인 나선 형태로 90deg 비틀려서 배열
된다
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
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RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
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color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
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액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
48
NW mode TN 액정 Cell의 동작(light on과 light off)
NW (normally white) mode TN cell과 STN cell에 인가된 전압과 광 투과율과의
관계는 그림 24에서 나타내는 V-T 특성을 갖는다
점차 인가전압을 증가시키면 투과율은 서서히 감소하며 중간정도의 전압에서는
투과율은 비례적으로 다소 크게 변화하고 다시 높은 전압이 인가되어 최저의 투
과율(black 상태) 부근에 도달하면 전압이 변화해도 투과율의 변화는 거의 없는
특징을 가진다
STN mode에서는 V-T 특성이 급격히 변하므로 이와 같이 중간밝기 표시를 액정
cell에 가해주는 전압크기로 표현이 불가능하고 액정전압을 일정시간 유지시켜
주는 축적용량이 없는 passive 구동방식이기 때문에 multiplexing 또는 시분할
방식 등으로 중간계조를 표현한다
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
49
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
50
TN과 STN LCD의 전압에 따른 투과율 곡선(V-T curve)
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
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디스플레이공학
77
디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
51
계조전압에 따른 투과율 곡선과 r-correction의 정의
실제의 응용에서 인간의 시각특성이 밝은 화면에서의 밝기 차이는 잘 구분하지
못하는 점을 고려해야 한다 따라서 사람의 시각특성을 고려한 gray scale별 투
과율의 직선성 조정도 필요하다 이러한 일련의 조정과정을 r-correction 이라고
하며 상단의 그림은 r-correction에서 계조와 투과율의 관계를 나타낸다
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
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표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
52
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
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고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
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디스플레이공학
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액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
53
3bit 계조 구현이 가능한 LSI의 계조 표현방법
액정 cell에서 빛의 투과를 완전 차단하거나 완전통과 다시 말해서 offon만 할
수 있다고 가정하면 각각의 sub-pixel이 표현 가능한 색의 수는 RGB와 이들의
조합으로 2 times 2 times 2 = 8종류의 색상표현이 가능하다
각각의 RGB를 3-bit씩 표현한다면 8 times 8 times 8 = 512의 color 조합이 가능하다
즉 표현이 가능한 color의 수는 driver ic의 digital 동작의 bit 수에 따라 결정된
다 수식으로 표현하면 다음과 같다
즉 6-bit data driver IC를 사용하면 262144종류(218)의 컬러 표현이 이론적으
로 가능하다
N = 2n (R) times 2n (G) times 2n (B) = 23n
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
54
LSI 출력 신호에 다른 LCD에서 표현할 수 있는색의 수
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
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액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
55
각종 TFT-LCD응용 제품의 디스플레이 해상도에 따른 화소와 대조비 표준화 명칭
구분 Resolution Dot Pixel Display ratio Standardize
1 320 times 240 76800 230400 43 Quarter VGA
2 640 times 400 256000 768000 1610 EGA
3 640 times 480 307200 921600 43 VGA
4 800 times 480 384000 1152000 159 Wide VGA
5 800 times 600 480000 1440000 43 SVGA
6 1024 times 600 614400 1843200 ~1710 Wide SVGA
7 1024 times 768 786432 2359296 43 XGA
8 1280 times 1024 1310720 3923160 54 SXGA
9 1400 times 1050 1470000 4410000 43 SXGA+
10 1600 times 1200 1920000 5760000 43 UXGA
11 1920 times 1080 2073600 6220800 169 HDTV
12 1920 times 1200 2304000 6912000 1610 Wide UXGA
13 2048 times 1536 3145728 9427184 43 QXGA
14 3200 times 2400 7680000 23040000 43 QUXGA
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
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디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
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lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
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ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
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액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
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Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
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디스플레이공학
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TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
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two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
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TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
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Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
56
CIE-RGB 색도 계의 스펙트럼 삼중 극치 값 즉 색 조화 함수 r(l)에서 0 이하의 극치값(stimulus value)이 색도 조화(matching)를위해 더해진다
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
57
CIE-XYZ 색도 계의 색 조화 함수
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
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디스플레이공학
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Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
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Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
58
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는스펙트럼의 중심에 있다 플랑크 중심은 특정 색 온도의흑체 복사에 대응된다
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
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119
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120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
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디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
59
CIE 색도도 단색 방사는 파장의 단위가 mm로 표시되는 스펙트럼의 중심에 있다
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
60
염색 젤라틴으로 만들어진 컬러 필터의 투과 스펙트럼
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
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빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
61
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
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편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
62
Color 형성방법
Red blue
Green
θ
Θ<03deg white
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
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85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
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88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
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89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
63
NTSC 표시를 가진 TFTLCD와 CRT 디스플레이의 색 좌표계 비교 NTSC(National Television Standard Committee) 표시의 좌표는 R=(067033) G=(021071) B=(014008)이다
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
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two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
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Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
64
TFT-LCD를 구동하는 전체 system 구성도
TFT-LCD는 digital 방식으로 동작되기 때문에 입력되는 data가 analog인 경우는 analog 신호를 digital 신호로 변환시켜주는 AD converter를 LCD timing control ASIC과 같이 사용해야 한다 Timing control ASIC에서는 입력된 digital data를 source 구동 IC가 처리 가능한 형태의 digital 신호로 제어신호를 발생시킨다 Analog 회로에서는 다단계 gray scale 표시에 필요한 표준전압을 만들어Data driver IC에 공급한다
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
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Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
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Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
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CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
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Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
65
TFT-LCD Module의 구동 시스템과 게이트 신호배선의 선택과 Scan Pulse의 공급
TFT-LCD에서는 두 종류의 driver IC가 사용되며 row driver IC(gate driver IC)
는 TFT-Array gate 신호배선을 순차적으로 선택하여 scan 신호를 발생하는 역
할을 하고 column driver IC (Data driver IC or Source driver IC)는 화상정보
digital data를 화소전압으로 변경하여 data 신호배선에 인가하는 역할을 한다
디스플레이공학
66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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66
AMLCD의 수직단면구조
AMLCD는 상단의 그림에서와 같이 수직단면으로 보면 상단의 그림과 같으며 크
게 편광판-color filter 기판-배향막-액정-TFT array 기판-편광판으로 구성
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
67
빛의 electromagnetic wave 특성과 편광의 원리
LCD 모듈의 백라이트(back light)에서 나오는 빛은 그 진동 방향은 모든 방향으로
같은 확률을 가진다 편광필름은 이러한 빛 중에서 편광 축과 동일한 방향으로 진
동하는 빛만 투과시키고 그 외의 나머지 방향으로 진동하는 빛은 적당한 매질을 이
용하여 흡수 또는 반사하여 특정한 한 방향으로 진동하는 빛을 만드는 역할을 한다
편광필름은 입사광을 서로 직교하는 2가지 편광성분으로 나누고 그 한쪽만을 통과
시켜 다른 성분을 흡수 또는 분산시키는 것이다
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
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74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
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디스플레이공학
77
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78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
68
편광필름의 구조
LCD에 사용되는 편광필름은 그림에서와 같이 여러 층으로 이루어져 있다 입사
광을 편광시키는 고분자 편광 매질을 중심으로 지지체 TAC (Tri-acetyl-
cellulose)를 편광 매질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 Film을 보호필름에 접
착시키기 위하여 사용한다 그리고 상측 표면에는 저반사 층인 AG (Anti-Glare)
혹은 AR (Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 있다
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
69
편광필름의 분류
편광필름의 분류 편광 발생현상과 만드는 방법
반사형 편광각으로 입사시킨 광운의 반사광에 의한 것
산란형복굴절성의 결정과 그 주굴절율의 하나와 같은 굴절율을 갖는 등방체를 조합시킨것
굴절형 편광각으로 입사시킨 광원의 굴정광에 의한 것
복굴절형 입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상광선만을 투과시킨 것
다결정 이색성형
고분자 이색성형
헤라파타이트 미결정의 결정축을 일정방향으로 정리하여 초산 섬유소 film중에 배열고정 시킨 것
Micelle을 일정한 방향으로 배열한 고분자 투명 film의 micelle사이에 이색성 물질을 흡착시킨 것
단결정 이색성형 단결정의 결정축과 이에 직교하는 방향과의 이색성에 의한 것
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
70
고분자 이색성 편광필름의 분류
고분자 이색성 편광필름의 분류 흡착시킨 이색성 물질
Poly halogen polarizer 편광각으로 입사시킨 광원의 반사광에 의한 것
염료 편광필름복굴절성의 결정과 그 주굴절률의 하나와 같은 굴절률을 갖는등방체를 조합시킨 것
금속 편광필름 편광각으로 입사시킨 광원의 굴절광에 의한 것
폴리엔 편광필름입사광선을 보통광선과 이상광선으로 나눠 이상관선만을 투과시킨 것
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
71
편광의 종류
직선 편광 원 편광 타원 편광
편광도는 편광필름의 기본성능을 나타내는 중요한 파라미터가 된다 왜냐하면
편광필름에 의한 투과광의 농도비에 의해 문자나 도형이 표현되기 때문이다
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
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73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
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75
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76
디스플레이공학
77
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78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
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TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
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two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
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TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
72
편광의 종류 편광의 종류(a) 와 부분편광의 분할(b)
편광도는 상단의 그림 (a)에서 입사광속은 2F = Fy + Fz (F=Fy=Fz)로 정의되며
편광판을 통과한 투과광속 Ft = Fty + Ftz로 정의된다 기하학적으로 y방향 투
과율 Ty = Fty Fy z방향 투과율 Tz = Ftz Fz으로 나타내며 이때 편광된 빛
의 Fp (polarized light intensity)와 편광되지 않은 빛의 강도 Fu (unpolarized
light intensity)는 아래와 같이 정의된다
Fu = Fy
Fp = Fy = Fy - Fy
이때 편광도 V는 완전편광 강도 부분편광 강도로 정의된다 즉
FpV = = =
Fu + Fp Fy + Fz
Fy - Fz
Ty + Tz
Ty - Tz
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
73
시야각 향상 보상필름 개념도
원 편광판은 선형 편광판과 14λ 위상차판으로
구성되어있다
보상필름은 액정셀을 수직으로 통과할 때와 비스
듬히 통과할 때 그 retardation 값이 서로 달라 위
상차가 발생하여 시야각에 따른 투과광의 특성이
다르게 된다 따라서 retardation은 액정의 그것
과 같지만 음의 retardation 값을 갖는 필름을 사
용하여 이를 보상하면 시야각을 향상시킬 수 있
다
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
74
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
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92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
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TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
75
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
76
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
77
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
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82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
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84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
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85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
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86
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87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
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88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
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액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
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90
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91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
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92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
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94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
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96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
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97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
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98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
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99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
78
lt투과형 확산필름 gt lt반사형 확산필름gt
lt확산필름의 특성gt
확산필름
반사된 빛을 확산시키는 투과형 확산필름과 LCD를 통과한 빛이 후면의 반사판
에서 확산될 수 있도록 해주는 기능의 반사형 확산필름으로 나뉘어진다
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
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120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
79
표면의 반사 방지 필름
AG 처리가 된반사광의 원리
표면반사 방지필름을이용할 때의 분광 반사 특성
Anti-glare (AG) 표면처리는 표면 반사광을 난반사시킴으로써 specula(반짝임)
반사를 줄인다 편광필름의 표면에 실리콘 입자를 뿌려주어 표면을 거칠게 만들
어져 반사효과가 있지만 LCD의 투과광의 확산이 일어나 대비비가 떨어지는 단
점이 있다
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
80
대표적인 Color filter의 형태
크게 Stripe 형 Mosaic형 Delta 형으로 나뉜다 Stripe형은 가장 일반적인 형태
로 모바일디스플레이로부터 대형 TV에 이르기까지 사용되며 공정이 간단하고 높
은 개구율을 가지는 장점이 있지만 해상도가 낮은 디스플레이에서는 색 혼합시
시인성이 떨어진다 Mosaic type이나 Delta type은 색혼합시 시인성이 우수하지
만 공정이 어렵고 구동방법이 복잡해지므로 색표현이 자연스러워하는 DSC
(digital still camera)에 주로 사용된다
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
81
color filter의 종류와 제작방법에 따른 분류
CF는 RGB 컬러 필터 형성에 사용되는 재료에 따라 안료(pigment) 방식과 염료
(dye) 방식이 있으며 제작 방법에 따라 감광법 (photolithography) 분산법
(diffusion) 전착법 (Electrodeposition) 인쇄법 (printing) 등으로 분류할 수 있
다
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
82
RedGreenBlue color filter 제작공정
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
83
color filter 평탄화공정이 유무에 따른 CF 단면구조
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
84
ITO 두께에 따른 투과율과 투명 전도막의 도포 지역
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
85
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정 물질의온도 변화에의한 상태 변화
액정(Liquid crystal LC)이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간 상태인 액정상을
가리키는 경우와 이러한 액정상을 갖는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지
의미로 사용되고 있다
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
86
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
87
액정 (LC Liquid Crystal)의 정의 및 일반적 특징
액정상에서의분자 배열 구조
액정물질의 대부분은 유기화합물이며 분자형상은 가늘고 긴 막대 모양이나 편평
한 모양을 하고 있다 액정상에서 이들 분자의 배열 방법은 상단의 그림과 같이
특수한 배열을 하고 있다 그리고 이들 배열구조에 차이에 따라 스멕틱
(smectic) 네마틱 (nematic) 콜레스테릭 (cholesteric) 등의 종류로 크게 분류
된다
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
88
액정의 종류
액정의 전기
광학 효과
전류효과형 동적 산란(DS)형
전계효과형
유전 이방성형
강유전성형
비틀림 네마틱(TN)형
게스트호스트(GH)형
복굴절 제어(ECB)형
초비틀림 네마틱 복굴절(SBESTN)형
상전이(PC)형
고분자 분산형(PD)형
단안정성(비메모리형)
쌍안정성(메모리)형
열효과형
스메틱형
콜레스테릭형
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
89
액정분자의 위치관계
배향막
액정물질을 단순히 glass 기판 사이에 끼우는 것만으로는 같은 분자배열상태를
얻기가 어렵기 때문에 기판내벽에 처리를 실시하여 배향막을 형성한다
배향막의 재질은 무기물 주체인 무기 배향막과 유기물 주체인 유기배향막 그리
고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
90
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
91
Polyimide계 고분자의일반적인 합성반응
무기 배향막은 SiO 사방 증착법에 의해 형성되어진다 SiO 사방 증착법은 금속
이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로
증착물질로 SiO가 일반적으로 사용되어진다
이막의 배향기구는 rubbing 방향으로 생긴 미세한 groove 의한 것으로 생각되
며 pretilt angle이 거의 0도가 된다 이에 비해 SiO 등의 무기증착막을 부착시킨
시판을 부드러운 천 등으로 rubbing한 경우에는 2-3도의 평형배향이 얻어지며
실용적으로는 polyimide 등의 고분자를 도포한 후에 rubbing하는 일이 많다
유기배향막은 액정표시소자에 대한 유기 배향막의 배향제어기술은 액정재료에
의한 특성변화가 적고 생산 line에 적용하기에 적합한 유기분자에 의한 배향제어
기술이다 회전 도포법 혹은 인쇄도 포법에 의해 기판상에 유기 고분자의 박막을
형성하여 경화한 후 rubbing법으로 액정분자의 배향을 제어하는 기술로 발전하
였다
배향막
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
92
방향자의 방향이 x-z면에 국한되고 경계면에 대해서 x축에 평행한 네마틱 셀의 개략도
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
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-+
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++++
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+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
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---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
93
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
94
TFTLCD 의 일반적인 배향구조 배향은 하판과 45도를 이루고 있고 상판과 -45도 를 이루고 있다
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
95
two-domain twisted-nematic 액정 display의 러빙 방향과 pretilt각 이러한 구조는 시야각 특성을 개선한다
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
96
TN-cell 의 수직방향에서의 광 투과율의 각 의존도 다른 러빙 방향과 높고 낮은 pretilt 각의 결합으로 정입사에 대하여 대칭적인형태가 나타난다 하판에서는 두 영역에서 러빙 방향이 다르고pretilt 각이 높다 상판에서는 러빙 방향은 같으나 pretilt각이 낮다
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
97
Backlight
Backlight 구조
LED backlight 구조
현재 주로 사용되고 있는 backlight의 기본구조는 광원 도광판 (LGP) 확산판
(Diffuser) 프리즘시트 (Prism sheets)로 이루어진 것으로 상단의 그림과 같다
LED backlight 는 최소 50000 시간의 수명을 갖고 EL보다 더 밝다는 장점이 있
다 또한 소비전력이 작으며 +5 V DC에서 작동하기 때문에 별도의 inverter를
필요로 하지 않는다 LED를 보호하기 위해 흐르는 전류를 제어하기 위한 회로
를 달아준다 LED는 display 바로 아래 위치하며 일반적으로 yellow-green을
나타내지만 여러 가지 색에 적용될 수 있다
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
98
CCFL Backlight
CCFL backlight의 가장 두드러진 특징은 전력소모가 적다는 것과 매우 밝은 백
색광을 제공한다는 것이다 주로 두 가지 방식이 쓰이는데 직하식과 side edge
방식모두 광원으로 냉음극 형광등을 사용한다
확산판을 이용하여 display면에 빛이 골고루 조사되게 하며 edge lighting은 두
께가 얇고 소비전력이 적기 때문에 선호되고 있다 역시 inverter를 필요로 하며
EL보다 긴 10000에서 15000 시간의 수명을 갖는다
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
99
TFT기판과 CF기판의 조립공정
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
100
배향막 도포
TFT array 기판과 CF에 도포되는 배향막 프린트 공정
컬러필터와 TFT 어레이에 액정을 균일하게 배향하기 위한 유기 박막을 도포하는
공정으로 디스펜서를 통하여 용액형태의 polyimide PI를 회전하는 드럼 위에
도포하고 도포된 폴리이미드가 미리 패턴된 고무판에 인쇄되고 기판의 stage를
이동하면서 균일하게 도포한다 도포 후 경화로에서 경화시키는데 두께는
1000Å이하가 일반적이다
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
101
러빙 공정
TFT array 기판과 CF기판의 러빙공정 그리고 러빙강도에 영향을 미치는 변수
액정이 일정한 방향으로 배향되도록 하기 위하여 경화된 PI에 일정한 방향으로
직홈으로 만드는 공정으로 회전하는 드럼에 부착된 러빙포로 패턴을 일정한 방
향으로 문질러서 일정한 방향의 홈이 만들어 지도록 한다
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
102
Alignment technique
Rubbing Oblique SiO2 Evaporation
θ
φ0
0
bull φ Rubbing role advancing direction
bull θ Alignment Layer properties
bull Merit Simple amp Cheap Process
bull Demerit Maintenance
0
0
Evaporated SiO2
bull Merit Broad range θ control
bull Demerit Area Limit
0
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
103
1 Rubbing Process
2 Two types of alignment layer
- PI Polymer + solvent Polymer
Precure
- PA Polymer monomer + solvent Polymer
Main cure
3 Principles of LC Alignment on Polymer Surface
CH Branch
LC
Before Rubbing After Rubbing
-Surface topology -Anisotropic Wan der waals force
러빙방향 액정배향바향 Slow axis
PI
Polystyrene
PVCi
Alignment Layer
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
104
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
105
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
106
Seal 프린트 공정
TFT array 기판에만 행해지는 seal printer
디스플레이영역과 비 디스플레이영역(금속 배선부IC COGFOG부분) 구별하기
위한 lsquo땜rsquo과 같은 영역으로 액정이 주입될 영역을 정의한다 일반적으로 TFT
array 부분에 공정을 진행하며 디스펜서방식과 프린트 방식 두 가지가 있다
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
107
Short dispenser
TFT array 기판과 CF 기판을 도전시키기 위한 short dispenser 공정
TN과 같은 일반적인 LCD 디스플레이는 액정의 전계가 상하로 인가되므로 CF부
분의 화소전극과 구동 IC로부터 연결된 TFT array 부분의 Vcom 배선과 연결하
기 위하여 도전성 paste를 이용하여 short 시켜주게 된다 최근에는 미리 seal
print 공정에서 sealant에 도전성 bead를 이용하여 short dispenser 공정을 생략
하는 공정도 개발되어 있다
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
108
Spacer 산포
CF기판위에 진행되는spacer 산포공정
TFT array와CF 기판사이에형성되는column spacer
상판과 하판을 합착시킬 때 일정한 cell-gap을 확보하기 위하여 spacer를 균일
하게 뿌려주는 공정으로 spacer를 적정농도로 용액 속에 혼합한 후 펌프를 통해
분사 노즐로 수송하여 노즐에서 고압으로 기판에 분사시킨다
Spacer는 공모양으로 직경은 4~5μm의 크기에서 LCD의 cell-gap에 따라 결정
된다 최근엔 CF의 column spacer를 형성하여 spacer 공정을 생략하는 방법이
일반적으로 적용되고 있다
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
109
CF-TFT array 조립공정
TFT array 기판과CF 기판 조립공정
TFT array 기판과 CF 기판의조립후 hot press 공정
상단의 그림과 같이 seal 프린트short dispense 고정이 완료된 TFT-array 기판과 spacer 산포가 완료된 CF 기판은 상하 기판의 align mark를 이용하여 상하합착공정을 진행하게 된다 합착이 완료된 기판은 고온에서 상하 기판에 압력을가하면서 이미 TFT-array에 도포되어있는 seal를 열경화시키면서 최적화된 압력과 시간을 조절하여 균일한 cell-gap을 형성하게 된다 이 공정은 CF와 TFT array의 align 정밀도와 균일한 cell-gap 형성을 결정하는 매우 중요한 공정이된다
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
110
Glass scribebreak 공정
원판 glass scribe와 break 공정
기판조립이 완료된 원장상태는 다수의 제품으로 제작되었으므로 각각의 부분으
로 절단작업이 필요하다 이러한 glass cutting 공정은 wheel의 형상scribe 속
도scribe 압력break 높이 등 다양한 변수의 최적화가 필요하면 LCD의 glass
강도에 영향을 준다
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
111
액정주입공정
액정주입공정 모식도와 시간에 따른 챔버 압력곡선
상판과 하판을 합착한 후 모세관 현상과 압력차를 이용해서 상판과 하판 사이에
액정을 주입하는 공정으로 진공 배기계 진공 반응기 상하 이동장치 액정을 담
그는 지그 및 N2purge계로 구성되어 있다 약 80정도 채워졌을 때 진공펌프
의 밸브를 닫고 진공상태의 chamber를 상압으로 압력을 높혀 주면서 서서히 N2
를 진공 chamber 내로 purge하면 cell 내부와 주위와의 압력차가 발생하여 액정
이 cell 내부의 빈 공간을 채우게 된다
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
112
end seal 공정
액정주입 후 end seal 공정
액정주입이 완료된 panel은 주입구를 막는 공정이 진행되는데 이를 lsquo봉지rsquo공정
이라고 한다 Sealant를 주입구 부분에 도포하고 자외선(UV)를 조사함으로써 경
화를 하며 UV가 디스플레이 영역에 조사되어 액정에 손상을 주게 되면 주입구
부분에 얼룩이나 이상구동으로 표시 품위가 떨어지게 되므로 UV차단막과 같은
보고가 필요하다
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
113
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
114
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
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+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
디스플레이공학
115
디스플레이공학
116
게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
디스플레이공학
117
게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
디스플레이공학
118
TFT-LCD Module
디스플레이공학
119
디스플레이공학
120
디스플레이공학
121
Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
디스플레이공학
122
디스플레이공학
123
Data Driver IC 의 동작
디스플레이공학
124
방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
--++
-
-+
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-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
디스플레이공학
125
Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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게이트 busline의 균일 분포 회로도 게이트 busline을 따라 지나가면서 line에 병렬로 연결된 capacitance와 직렬로 연결된 저항에 의해서 지연되고 변형된 전압 pulse R 과 C는 각각 단위 길이당의 저항과 capacitance를 나타낸다
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게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
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TFT-LCD Module
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Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
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-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
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- +- +- +
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+++
+ - +
- + -+ - +- + -
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+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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게이트 금속과 대각 길이와의 상관관계(a) 화소의 개수가 640x480인VGA의 패널 사이즈(b) 고화질 패널의 크기(1920x1120) 알루미늄을게이트 버스라인 금속으로 사용하였을 때 30rdquo보다 큰 패널을 고화질의 형태로 만들 수 있다
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Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
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-+
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-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
-
---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
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+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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TFT-LCD Module
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Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
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++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
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-
-+
-
-+
++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
-
---
- +
- +- +- +
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---
+
+++
+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
- + - +
+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
우
TF
기
TH
우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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Gate 신호배선의 선택과 Scan Pulse 공급
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
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++++
+
++
+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
+-+
-
+-+ --
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-
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+ - +
+ - ++ - ++ - +
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- +- +- +
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+ - +
- + -+ - +- + -
-
+-+
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+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
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기
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우
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
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+
++
++++--
----
-
--
-
--
----
--
++--++
-
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+ - ++ - ++ - +
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기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
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기
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기
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화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
16 StitchDefect
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
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+
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+
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----
-
--
-
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--
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-
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기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
TF
기 우
TH
TF
기
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기
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화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
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16 StitchDefect
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
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----
-
--
-
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----
--
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화소 Frequency 12TF
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TF
기 우
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기
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( Interlace 효과 )
화 소 12TF
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우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
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16 StitchDefect
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Data Driver IC 의 동작
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방식
화소 Polarity
Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
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+
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-
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화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
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( Interlace 효과 )
화 소 12TF
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( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
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화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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Display 특성
1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
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12 Color chromaticity
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Data Line 구동신호광학응답 Ripple의기본주성분[Hz]
n-th field (n+1)-th field
Frame반전
Line반전
Column 반전
Dot반전
++
++++
+
++
+
++
++++--
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--
++--++
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+-+ --
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++++
+ - +
+ - ++ - ++ - +
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+ - + -- + - ++ - + -
TF
기 우 전화소
화소 Frequency 12TF
화 소 12TF
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( Interlace 효과 )
화 소 12TF
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( Interlace 효과 )
화 소 12TF
기 행
우 행
화소 Frequency 1TF
( Interlace 효과 )
화 소 12TF
plusmn 행
행
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1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
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UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
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1 Luminance cdm2 = nit
2 Luminous transmission
3 Luminance contrast ratio
4 Size
5 Gray scale
6 Response time
7 Viewing angle광leak
8 Cross talk
9 Image stickingFlicker
10 Resolution
UXGA XGA QXGA
11 Color garmut
12 Color chromaticity
13 Color purity
14 Lifetime
15 Cost
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