LCD 화면은 유리 기판의 두 전극 사이에 끼워진 액정 물질의 얇은 층을 포함하며 양쪽에 두 개의 편광판이 있습니다. 편광판은 특정 편광의 광파는 통과시키고 다른 편광의 광파는 차단하는 광학 필터입니다. 전극은 투명해야 하므로 가장 널리 사용되는 재료는 ITO(Indium Tin Oxide)입니다.

LCD는 자체적으로 빛을 방출할 수 없기 때문에 일반적으로 어두운 환경에서 볼 수 있도록 백라이트를 LCD 화면 뒤에 배치합니다. 백라이트용 광원은 LED(Light Emitting Diode) 또는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)일 수 있습니다. LED 백라이트가 가장 인기가 있습니다. 물론 컬러 디스플레이를 원한다면 컬러 필터 레이어를 LCD 셀로 만들 수 있습니다. 컬러 필터는 RGB 색상으로 구성됩니다. LCD 앞에 터치 패널을 추가할 수도 있습니다.

그림 1 LCD 디스플레이 구조

LCD는 어떻게 작동합니까?

양산에 성공한 최초의 LCD 패널 기술은 TN(Twisted Nematic)이라고 합니다. LCD의 원리는 액정 분자에 전기장이 가해지지 않으면 분자가 LCD 셀에서 90도 비틀린다는 것입니다. 주변광이나 백라이트의 빛이 첫 번째 편광판을 통과하면 빛이 편광되어 액정 분자층과 함께 꼬입니다. 두 번째 편광판에 도달하면 차단됩니다. 뷰어는 디스플레이가 검은색임을 알 수 있습니다.

액정 분자에 전기장이 가해지면 꼬이지 않습니다.  편광된 빛이 액정 분자 층에 도달하면 빛이 꼬이지 않고 똑바로 통과합니다. 그것이 두 번째 편광판에 도달하면 통과할 것이며 뷰어는 디스플레이가 밝음을 알 수 있습니다.

LCD 기술은 전류(전자가 통과함) 대신 전기장을 사용하기 때문에 전력 소모가 적습니다.

짧은 유튜브 영상 LCD를 간결하고 효율적으로 설명합니다.

그림 2 LCD 작동 방식

 

LCD 디스플레이의 기본

위에 소개된 가장 기본적인 LCD는 수동 매트릭스 LCD라고 하며 계산기, 계량기, 초기 시간 디지털 시계, 알람 시계 등과 같은 저가형 또는 간단한 응용 프로그램에서 주로 볼 수 있습니다.  패시브 매트릭스 LCD는 시야각이 좁고, 응답속도가 느리고, 흐릿한 등 많은 제약이 있지만 전력소모는 크다.

단점을 개선하기 위해 과학자와 엔지니어는 능동 매트릭스 LCD 기술을 개발했습니다. 가장 널리 사용되는 것은 TFT(Thin Film Transistor) LCD 기술입니다. TFT LCD를 기반으로 더욱 현대적인 LCD 기술이 개발되고 있습니다. 가장 잘 알려진 것은 IPS(In Plane Switching) LCD입니다.  초광시야각, 우수한 이미지 화질, 빠른 응답, 뛰어난 명암비, 적은 번인 결함 등이 있습니다.

IPS LCD는 LCD 모니터, LCD TV, Iphone, 패드 등에 널리 사용됩니다. 삼성은 심지어 LED 백라이트를 QLED(양자점)로 혁신하여 더 깊은 검정을 생성하기 위해 빛이 필요하지 않은 곳에서는 LED를 끕니다.

그림 3 능동형 TFT 컬러 디스플레이

다양한 유형의 LCD

• • – 트위스트 네마틱 디스플레이:  　 TN(트위스트 네마틱) LCD 생산이 가장 빈번하고 산업 전반에 걸쳐 다양한 종류의 디스플레이를 사용할 수 있습니다. 이 디스플레이는 다른 디스플레이에 비해 가격이 저렴하고 응답 시간이 빠르기 때문에 게이머가 가장 많이 사용합니다. 이러한 디스플레이의 주요 단점은 품질이 낮을 뿐만 아니라 부분적인 명암비, 시야각 및 색상 재현이 있다는 것입니다. 그러나 이러한 장치는 일상적인 작업에 충분합니다.

 

• • – 평면 스위칭 디스플레이:  IPS 디스플레이 우수한 이미지 품질, 높은 시야각, 생생한 색상 정밀도 및 차이를 제공하기 때문에 최고의 LCD로 간주됩니다. 이 디스플레이는 주로 그래픽 디자이너가 사용하며 일부 다른 응용 프로그램에서는 LCD에 이미지 및 색상 재현을 위한 최대 잠재적 표준이 필요합니다.

 

• • – 수직 정렬 패널: 수직 정렬(VA) 패널은 Twisted Nematic 및 인플레인 스위칭 패널 기술 중 중앙에 아무데나 떨어뜨립니다. 이 패널은 TN형 디스플레이와 비교하여 더 높은 품질의 기능과 함께 최상의 시야각과 색재현성을 제공합니다. 이 패널은 응답 시간이 짧습니다. 그러나 이것들은 훨씬 더 합리적이고 일상적인 사용에 적합합니다.

 

• • – 이 패널의 구조는 트위스트 네마틱 디스플레이에 비해 더 깊은 검은색과 더 나은 색상을 생성합니다. 그리고 몇 가지 결정 정렬은 TN 유형 디스플레이와 비교하여 더 나은 시야각을 허용할 수 있습니다. 이러한 디스플레이는 다른 디스플레이에 비해 비싸기 때문에 절충안이 있습니다. 또한 응답 시간이 느리고 재생 빈도가 낮습니다.

 

• • – AFFS(고급 프린지 필드 스위칭):  AFFS LCD는 IPS 디스플레이와 비교할 때 최고의 성능과 광범위한 색상 재현을 제공합니다. AFFS의 응용 프로그램은 넓은 시야각을 손상시키지 않으면서 색상 왜곡을 줄일 수 있기 때문에 매우 발전되었습니다. 일반적으로 이 디스플레이는 실행 가능한 비행기 조종석과 같은 전문적인 환경뿐만 아니라 고도로 발전된 환경에서도 사용됩니다.

 

• • – 패시브 및 액티브 매트릭스 디스플레이: Passive-matrix type LCD는 LCD의 특정 픽셀에 전하를 공급할 수 있도록 단순한 그리드와 함께 작동합니다. 하나의 유리 층은 기둥을 제공하고 다른 하나는 인듐 주석 산화물과 같은 투명한 전도성 물질을 사용하여 설계된 행을 제공합니다. 수동 매트릭스 시스템은 특히 응답 시간이 느리고 전압 제어가 부정확하다는 주요 단점이 있습니다. 디스플레이의 응답 시간은 주로 디스플레이가 표시된 이미지를 새로 고칠 수 있는 기능을 나타냅니다.

 

• - 능동 매트릭스형 LCD는 주로 TFT(박막 트랜지스터)에 의존합니다. 이 트랜지스터는 유리 기판 위의 매트릭스 내에 배치된 소형 스위칭 트랜지스터 및 커패시터입니다. 적절한 행이 활성화되면 열이 교차하는 모든 추가 행이 꺼져 있기 때문에 특정 픽셀을 처리할 수 있도록 정확한 열 아래로 전하가 전송될 수 있습니다. 지정된 픽셀 옆에 있는 커패시터만 전하를 얻습니다. .

 

다른 디스플레이에 비해 이점

LCD 기술은 월 TV, 노트북, 스마트폰, 패드를 가능하게 하는 가볍고 얇은 저전력 소비라는 큰 장점을 가지고 있습니다. 진행 과정에서 많은 디스플레이 기술의 경쟁을 일소했습니다. 우리는 더 이상 책상에서 CRT 모니터를, 집에서 플라즈마 디스플레이 TV를 볼 수 없습니다. LCD 기술은 현재 디스플레이 시장을 지배하고 있습니다. 그러나 모든 기술에는 한계가 있습니다.

LCD 기술은 특히 저온에서 응답 시간이 느리고 시야각이 제한되어 백라이트가 필요합니다. LCD의 단점에 주목하여 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기술이 개발되었습니다. 일부 고급형 TV와 휴대폰은 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이를 사용하기 시작합니다.

이 최첨단 기술은 LCD 기술과 비교할 때 훨씬 더 나은 색 재현, 선명한 이미지 품질, 더 나은 색 영역, 더 적은 전력 소비를 제공합니다. OLED 디스플레이에는 AMOLED 및 PMOLED (수동 매트릭스 유기 발광 다이오드). 선택해야 하는 것은 PMOLED가 아닌 TV와 휴대폰용 AMOLED입니다.

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