LCD, TFT-LCD, STN-LCD, PDP

디스플레이 : 2009. 2. 15. 15:49

출처 : http://hipc.hicomas.com/comdoctor/comdoctor_view.html?idx=235

lcd - liquid crystal display
액정이란 말로 쉽게 액체(liquid)와 결정(crystal)을 합친 말입니다
액정이란 컽보긴엔 액체인데 광헉적으론 고체의 성격을 그대로 유지하는 도특한 성질이 있는데
액체와 결정의 과정을 넘나들 때 분자 배열을 바꾸는데 이 때 빛을 비추면 빛의 방향이 틀어지는데
이 원리를 응용한 것이 lcd입니다
lcd는 분자 배열이 바뀌는 동안 액정을 통과하는 빛을 조절함으로써 글자나 색을 표시하게 만드는 장치인거죠
lcd는 구동 방식에 따라 수동 매트릭스 방식과 능동 매트릭스 방식으로 분류하며, 수동 매트릭스 방식에는 TN(Twisted Nematic)과 STN(Super―Twisted Nematic)이 있다. 능동 매트릭스 방식에는 초박막 트랜지스터인 TFT(Thin Film Transistor) LCD가 대표적이다.

tft lcd - thin film transistor
tft lcd는 단순한 액정표시장치가 아니라 초박막 트랜지스터가 결합된 lcd인데요
tft는 한마다로 점 하나를 켜고 끄는 스위치입니다.
이 초박막 트랜지스터는 눈으론 볼 수 없고 유리판위에 그려서 만드는데 반도체 제조과정과 비슷하지만
웨이퍼대신 유리위에 트랜지스터를 배열하는게 다릅니다
화면에 점을 만드는 서브 픽셀마다 트랜지스터가 하나씩 들어갑니다

pdp - plasma display panel
pdp구동의 플라즈마(Plasma)란 무엇일까? 학창시절 혹시 들어봤을까 오로라현상이라고… 북극지방에 일어나는 오로라 현상은 이 플라즈마 물질이 나와 빛을 내는 것이다. 다시 말하면, 원래 물질은 가해진 온도에 따라 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 변하는데, 기체를 수만 도까지 가열을 하면 기체원소는 핵과 전자로 분리된 상태가 된다. 이 상태가 바로 플라즈마 상태인 것이다. 전하(電荷)분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠는 기체이며, 일상생활에서는 플라즈마가 흔하지 않으나 우주 전체를 보면 전체의 99%가 플라즈마 상태라고 한다. 그렇다면 PDP에 우주의 원리가 들어있단 말이 될까?
PDP의 원리는 두 장의 유리를 포갠 틈새에 작은 셀을 다수 배치하고 그 상하에 장착된 전극(+와 -)사이에서 가스(네온과 아르곤)방전을 일으켜 거기서 발생하는 자외선에 의해 자기 발광시켜 컬러화상을 재현한다. 이렇게 써놓으면 아주 간단히 아름다운 영상을 재현할 수 있다고 생각할지도 모르겠지만, 그 표시 방법은 아주 복잡하다. 우선 패널 화면상에 어떻게 화상을 재현하는 건지 알아보면, 브라운관의 경우 왼쪽에서 오른쪽, 위에서 아래로 전자 빔을 주사하여 화상을 그려내지만, 플라즈마는 전면이 동시에 발광한다. 1초 동안에 60회, 위에서 아래로 화상의 고쳐쓰기가 그대로 남아있기 때문에 화상은 상시 발광하고 있는 것이 된다.
그 구조를 살펴보면, Panel은 크게 상판과 하판으로 구성된다.(그림은 면방전형 AC PDP의 상세한 구조이다.) 전극은 상판에 Sustain(X) 전극과 Scan(Y) 전극이 나란히 위치하고, 하판에는 Address 전극을 상판의 두 전극과 직각으로 교차하여 배치하고, 형광막은 반사형으로 채용하고 있다. 우선 하판에 신호 전극을 설치하고, 그 위에 유전층을 도포한다. 그리고 방전 셀을 구분하고, 상하판의 사이의 공간을 확보하기 위하여 높이 130㎛ 격벽(Barrier Rib)을 설치한 다음 형광체를 격벽과 신호전극을 덮고 있는 유전체 위에 도포한다. 격벽을 따라서 도포된 빨강(R), 녹색(G), 파랑(B)에 해당하는 세개의 골이 하나의 화소를 이룬다.
한편 상판에는 방전유지를 위한 X 전극과 Y 전극이 투과도를 고려하여 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되고, 전극의 가장자리에는 ITO의 높은 전극을 보상하기 위하여 Ag, 혹은 Cr-Cu-Cr의 버스전극을 형성한다. 자연스러운 용량성 형성을 통한 전류제한을 위하여 PbO 계열의 유전층을 도포하고, 그 표면에 MgO 보호막을 증착한다. 이 유전층 형성으로 인하여 AC PDP의 주요 특징 중의 하나인 메모리 특성이 나타난다. MgO 보호막은 PbO 유전층을 이온의 스퍼터링으로부터 보호하여 주며, 또한 방전 시 낮은 에너지의 이온이 표면에 부딪혔을 때 비교적 높은 이차전자 발생계수의 특성을 가져 방전 플라즈마의 구동 및 유지전압을 낮춰주는 역할을 한다. PDP의 상판과 하판사이는 방전기체가 300~400 Torr 정도로 채워진다. 방전기체는 주로 페닝(Penning) 혼합기체를 사용하는데, He, Ne, Ar 또는 이들의 혼합기체로 바탕기체(Buffer Gas)를 형성하고, 형광체를 발광 시키는 진공자외선의 Source로써 소량의 Xe 기체를 섞어서 사용한다.

장단점
시야각 pdp>tft>stn
전력소모 pdp>tft>stn

STN(Super Twisted Nematic) LCD
핸드폰 액정화면으로 주로 사용되고 있으며, 노트북이나 데스크탑용 액정모니터에도 이전에 많이 쓰였습니다. 가격이 싼 편이지만, 정면에서 확인할 때에만 잘 보이는 단점이 있으며 측면에서는 화면이 어둡게 보입니다. 전력 소모도 크고 색감도 떨어지므로 최근에는 많이 사용되지 않는 추세입니다. TN을 보완한 것이 STN, 이를 보완한 것이 DSTN LCD입니다. DSTN은 Double Super Twisted Nematic로 STN방식을 2층으로 보강한 방식입니다. 디지탈 카메라에는 100만 화소급 이하, 휴대성 위주의 저가형 디지탈 카메라에 채용되기도 하였습니다.

TFT(thin film transistor) LCD
최근 노트북은 대부분 TFT 모니터를 사용하기 때문에 측면에서도 자연색을 확인할 수 있습니다. TFT방식은 빠른 스크롤에도 화면 떨림이 적고 색감이나 전력 소비면에서도 DSTN보다 우수합니다. 시야각이 넓고 속도가 빠르다는 점이 장점입니다.

PDP(plasma display panel)
PDP의 두께는 42인치의 경우 8cm 안팎에 불과하다. 때문에 40인치 이상 대형화면에서도 36인치형 브라운관 두께의 1/7, 무게는 1/2 이하로 얇고 가벼워 벽걸이가 가능해지는 등 설치와 공간활용이 매우 다양해지고 있다. 또한 PDP는 프로젝션TV나 LCD 등과는 달리 자기발광형 표시소자이기 때문에 시야각이 매우 넓다. 좌우상하 160도 이상의 넓은 시야각을 확보할 수 있다. 이것은 어느 위치에서 보더라도 화상의 밝기나 선명도가 동일하다는 것이다. 브라운관식 TV는 전자총으로 발산되는 전자빔이 외부의 자기 또는 자장의 영향으로 영상의 찌그러짐과 색 번짐이 발생할 수 있다. 반면 PDP는 각 색 세포가 자체 발광을 하는 구조이기 때문에 자기, 자장의 영향을 받지 않아 고른 화질로 시청할 수 있는 특징을 갖고 있다.
그러나 PDP는 플라즈마 방전을 이용하기 때문에 전력소비량이 많으며, 열이 많이 발생한다. CRT의 전력소비량이 100W 남짓한 것에 반해 PDP의 전력소모량은 많은 개선이 이루어졌음에도 불구하고 현재 300W(42인치 기준) 정도로 CRT 전력소모량의 2배 이상이나 된다

출처 : http://www.tft-lcd.com/TFT-LCD/display.htm

(1) CRT / 브라운관 / 음극선관

CRT는 cathod ray tube의 약자로 음극선관을 말하며 일명 브라운관이라고도하는데, 전기신호를 전자빔(beam)으로 형광면에 쏘아 광학상으로 변환하여표시하는 장치를 말한다.

CRT는 가장 널리 사용되고 있는 표시장치로서 표시품질과 가격성능비가 우수하다는 장점을 가지고 있어 일반용의 화상표시장치로 널리 사용되고 있다.

CRT는 흑백(모노크롬)CRT와 컬러CRT가 있는데 구조적으로 흑백CRT는 전자빔을 발사하는 전자총이 하나인데 반해 컬러CRT는 적색.청색.녹색의 전자빔을발사하는 전자총이 3개이며 흑백CRT에는 없는 섀도마스크가 컬러CRT에는 있다는 것이 다르다.

CRT의 구조와 원리를 보면 진공의 유리벌브(관)속에서 전자총이 발사한 전자빔은 전자렌즈로 집속돼 유리벌브의 목부분에 부착된 편향요크의 자계에 의해 형광면의 소정의 위치로 향하도록 굴절돼 전자빔과 부딪친 형광체가 빛을발하도록 한다.

표시장치의 경박단소화추세로 새로운 용도에 대응한 액정표시장치(LCD), 전계발광표시장치(EL), 플라즈마표시장치(PDP) 등 새로운 표시장치가 급신장하고 있으나 CRT는 상당기간 표시장치의 주류를 이룰 것으로 전망된다. 화면의폭도 대형화해 25, 27, 30인치로 커지고 가로세로의 비율도 종래의 4:3에서가로폭을 넓힌 16:9의 광폭TV용 CRT가 생산되고 있으며, 주사선수가약 2배이며 화소수가 세로방향 2배, 가로방향 2.5배인 고해상도의 것이 생산되고 있으며, 최근에는 형광면에 3원색의 컬러필터를 부착해 밝기를 30％이상 향상시킨 것도 선보였다.

(2)LCD / 액정디스플레이 [STN-LCD] [TFT-LCD]

LCD는 Liquid Crystal Display의 약어를 말하며, 1888년 오스트리아의 F. Reinitzer에 의해 처음 발견된 액정은 1968년 미국 RCA사에 의해 디스플레이에 응용됐다. 1973년에 전자계산기, 전자시계에 적용된 액정은 1986년 이후 STN LCD와 소형 TFT LCD가 실용화됐다. 1990년대들어 10인치 TFT LCD의 양산화가 실현되면서 노트북PC의 대표적인 디스플레이로 자리잡고 CRT를 대체하는 디스플레이 중 하나로 각광받고 있다.

LCD는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간물질인 액정을 주입해 상하 유리판위 전극의 전압차로 액정분자의 배열을 변화시킴으로써 명암을 발생시켜 숫자나 영상을 표시하는 일종의 광스위치 현상을 이용한 소자다. 구동방법에 따라 수동 매트릭스 방식과 능동 매트릭스 방식으로 분류하는 데 수동 매트릭스 방식에는 TN(Twisted Nematic)과 STN(Super-Twisted Nematic)이 있으며 능동 매트릭스 방식에는 TFT(Thin Film Transistor) 등이 있다.

LCD는 전자시계, 전자계산기, 액정TV, 노트북PC 등 전자제품에서 자동차, 항공기의 속도표시판 및 운행시스템 등에 폭넓게 사용되고 있다.

(3) LED / 발광다이오드

LED(Light Emitting Diode)란 발광다이오드의 영어명을 줄인것으로 빛을 발하는 반도체소자를 말하며 각종 전자제품류와 자동차계기판등의 전자표시판에 활용되고 있다.

갤륨비소(GaAs)재질이나 이 재질에 인·알루미늄 등을 첨가해 만든 칩을 사용하는 LED는 직경 3 , 5 등으로 제작되며 발광색상은 현재 빨강.녹색.노랑.오렌지색 등이 개발되어 있다.

첨가하는 불순물의 함량에 따라 재질의 파장이 달라 파장은 인간의 가시광선영역인 4백나노미터에서 7백나노미터사이이며 적색은 7백나노미터대, 녹색은 5백65나노미터, 노랑은 5백85나노미터, 오렌지색은 6백35나노미터의 파장을 형성하고 있다.

청색 LED는 아직 가시광선내에서의 파장이 미형성, 세계적으로 처음 선보이고 있는 시제품도 휘도가 크게 떨어져 상용화가 안되고 있었으나 최근 일본에서 질화갤륨비소와 사파이어 등을 이용하여 기존의 세계 최고 휘도제품의 7배휘도제품을 개발했다고 한다.

LED는 모노리식LED 디스플레이와 하이브리드형 LED디스플레이로 분류되며 반도체라는 특성으로 인해 처리속도, 전력소모, 수명 등의 제반사항에서 큰 장점을 보여 각종 전자제품의 전자표시부품으로 각광받고 있다.

기존 전구램프처럼 눈이 부시거나 엘러먼트가 단락되는 경우가 없는 LED는 소형으로 제작돼 각종 표시소자로 폭넓게 사용되고 있으며 반영구적인 수명(약 1백만시간)으로 그 활용도가 높다.

현재 해외에서는 일부 중남미를 제외하고는 전광판시장이 거의 형성되지 않은 상태. 미국은 야구, 농구, 미식축구 등 프로스포츠 관람용 전광판이 대부분이다. 전광판이 상업용으로 활용되지 못했던 가장 큰 이유는 비싼 가격 때문. 그러나 청색LED의 상용화로 LED전광판도 풀컬러 구현이 가능해지고 가격도 크게 낮출 수 있게 되면서 새로운 대형 디스플레이로 부상했다.

(4) PDP / 플라즈마표시장치 / 플라즈마디스플레이

PDP는 Plasma Display Panel의 약자로 전면유리와 배면유리 및 그 사이의 칸막이에 의해 밀폐된 유리사이에 Ne+Ar, Ne+Xe 등의 개스를 넣어 양극과 음극의 전극에 의해 전압을 인가하여 네온광을 발광시켜 표시광으로 이용하는 전자표시장치를 일컫는다.

플라즈마디스플레이는 마주보는 대향의 전극사이에 개스를 봉입하고 전압을 인가함으로써 발생하는 개스방전을 이용하는데 발광색은 오랜지색이며 개스방전에 의해 발생한 자외선으로 적색·녹색·청색을 내는, 형광체를 여기하는 컬러디스플레이도 있다. 표시용량은 400×640셀(cell 또는 dot)이며 해상도는 3 line/mm이다.

표시전극의 구성에 의해 고정패턴표시와 메트릭스표시의 두 종류로 분류되는데 고정패턴표시는 일자형 전극패턴의 각 세그먼트를 on·off함으로써 숫자표시를 하는 것이며 메트릭스표시는 방전셀을 세로(X)전극군과 가로(Y)전극군사이에 구성, 교차점의 방전을 on·off하는 것으로 갖가지 문자나 패턴을 표시한다.

PDP는 발광형으로 선명한 대형표시가 가능하기 때문에 종래에 FA(공장자동화)용이나 티킷자동판매기, 주유유랑계 등에 사용해 왔으나 표시장치의 소형경량화·고성능화와 함께 퍼스널컴퓨터 등 OA(사무자동화)동으로 많이 활용하고 있으며 대형 패널로 표시품위가 높을 뿐아니라 응답속도가 빠르면서 신뢰성이 높고 수명이 길기 때문에 랩톱(손바닥위)컴퓨터의 디스플레이로 채용되면서 수요가 급증하고 있다.

PDP에는 방전구조에 따라 AC구동형(간접방전형)과 DC구동형(직접방전형)이 있는데 AC구동형은 메모리기능을 실현할 수 있는 것과 메모리기능을 갖지 않고 리플래시형(논메모리형)의 동작을 하는것이 있으며 DC구동형은 리플래시방식과 셀프스캔방식이 있다.