‘바람과 창문’ 원리 전압으로 빛 조절
디지털TV는 물론 노트북PC, 모니터, 휴대폰, 내비게이션 단말기 등 IT제품에서 창 역할을 하는 것이 디스플레이다. 이번 주에는 TFT LCD를 비롯 PDP, 슬림브라운관, OLED, 차세대 제품(플렉서블 디스플레이) 등에 대해 순차적으로 원리와 기능, 특장점 등을 살펴본다.
그동안 볼록한 브라운관 모니터에서 일하던 사람들의 책상에는 어느 듯 날씬한 TFT LCD 모니터가 자리를 잡았고, 이제 가정에서도 배불뚝이 TV 대신 LCD TV가 서서히 둥지를 틀고 있습니다. 최근 TV 시장에서 주목받는 제품 중 하나인 TFT LCD는 어떤 것이며, 작용 원리, 성능 등은 어떨까요? 초박막액정표시장치로 불리는 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)의 원리를 알아보고, 그 장단점과 활용법을 알아보겠습니다.
◇LCD의 원리는 어떤 것일까요=TFT LCD의 원리는 미닫이 창문(액정)에 바람(전압)이 부는 것을 생각하면 이해하기 쉽습니다. 우선 미닫이 창문(서브 픽셀, 부화소)이 3개(적녹청-R？G？B에 대응하는 액정) 있는 하나의 방(픽셀, 화소)을 생각해 보세요.
밖에서 바람이 불 때 이 미닫이창에 잠금 장치(게이트)를 해놓지 않는다면 창문이 바람에 밀려 열리게 되겠지요? 그리고 창문이 열리면 창 바깥의 햇볕이 방안으로 들어올 겁니다. TFT LCD도 이같은 원리와 비슷합니다.
그 형태가 바람이 아니라 전압에 의한 것이라는 것만 빼면 말이죠. TFT LCD에서 중요한 의미를 갖는 전압을 이해하기 위해서 바람이나 물의 흐름을 생각하게 보겠습니다.
바람은 고기압에서 저기압으로 공기가 흐릅니다. 물도 마찬가지입니다. 수압이 높은 곳에서 수압이 낮은 곳으로 물이 흐르게 됩니다. 전압이 높은 곳에서 전압이 낮은 곳으로 전자가 흐르는 것을 전류라고 하는데, 전류는 전압의 차이에서 발생하는 것으로 바람이 부는 것과 같은 원리랍니다.
그럼 바람(전압)은 어떻게 만들까요. TFT LCD는 유리 2장 사이에 액정을 넣은 형태입니다. 윗유리를 컬러필터 유리기판, 아래 유리를 TFT 유리기판이라고 합니다.
컬러필터에 형성된 ITO 전극에는 항상 같은 전압을 인가하고, TFT 기판에 형성한 픽셀전극에 가하는 전압의 강도를 조절함으로써 바람의 세기를 조절하게 되는 것이지요.
바람이 강하게 불면 미닫이 창이 많이 열리듯이 TFT 기판에 높은 전압이 인가되면 액정이 열리는 정도가 켜져 빛을 많이 통과시키게 되는 것입니다. 이처럼 픽셀전극에 가해지는 전압의 강도를 조절하기 위해서 각 전극에는 불필요한 바람을 저장하는 충전기(캐파시터)와 보조 충전기가 붙어 있습니다.
◇TFT LCD는 어떻게 생겼나요=TFT LCD를 구성하는 요소를 크게 나누면 TFT(반도체, 인공바람 제조기) 유리기판과 컬러필터(색종이) 유리기판, 액정(미닫이 창), 백라이트(햇빛) 등으로 볼 수 있습니다. <그림 참조>
TFT 기판과 컬러필터 기판 사이에 액정을 넣고 백라이트를 붙이면 기본적인 TFT LCD가 구성됩니다. 그런데 빛이라는 게 파장의 성질을 갖고 있기 때문에 산란이 일어납니다. 창문으로 들어오는 빛이 퍼지는 것과 비슷하지요.
이를 바로 잡아주고 빛을 골고루 펴지게 하기 위해 도광판을, 빛을 집중시켜주기 위해 프리즘 시트 등을 붙이게 됩니다. 여기에 빛을 한쪽 방향으로 잡아주는 편광판 등이 붙게 됩니다.
TFT LCD는 기본 단위인 픽셀이 여러 개 결합해 하나의 화면을 만드는 것으로 HD(고해상도)를 기준으로 할 때 ？1920？1080=207만개？ 화소가 있습니다. 이 각 픽셀에 3개의 서브픽셀이 있어 약 621만개의 트랜지스터가 붙게 됩니다. 하나 하나의 픽셀을 조정하기 위해 대응하는 반도체 회로가 하나씩 그려지는 것이지요.
이 반도체 하나하나가 각 서브픽셀(R？G？B)과 대응하는 액정을 움직임으로써 색깔을 구현하게 되는 것입니다.
액정은 고체이면서 액체의 성질을 가짐과 동시에 전기적 특성을 갖고 있어서 전압이 인가되면 움직이게 됩니다. 긴 막대처럼 생긴 액정은 보통 때는 수평상태로 있다가 전압이 인가되면 수직으로 일어서게 됩니다. 그런데 문제는 이 LCD가 자체적으로는 빛을 낼 수가 없다는 것이지요. 이를 해소하기 위해 인공적인 햇빛을 보내주는 것이 BLU(Back Light Unit)입니다.
유리기판 위에 새겨지는 회로에는 미닫이창문이 열리는 정도를 조절해 영상신호를 보내는 데이터라인과, 창문을 열고 잠그는 게이트라인이 있어 이 둘을 조합해 화면의 색을 만들게 되는 것입니다.
◇TFT LCD는 어떤 점이 좋은가요=LCD는 작은 사이즈의 제품에서도 해상도가 높은 것이 장점입니다. 명암비(Contrast Ratio)도 경쟁 디스플레이에 비해 높아 화질면에서 뛰어나다는 평을 듣습니다. 반면 액정이 움직여서 빛을 통과시키는 만큼 응답속도가 밀리초(㎳)로 PDP의 미크론초(㎲)에 비해서 느리고, 휘도와 시야각에서 약점이 있었습니다. 하지만 이 부분들을 최근 보강해 경쟁력을 높이고 있습니다.
디지털TV는 물론 노트북PC, 모니터, 휴대폰, 내비게이션 단말기 등 IT제품에서 창 역할을 하는 것이 디스플레이다. 이번 주에는 TFT LCD를 비롯 PDP, 슬림브라운관, OLED, 차세대 제품(플렉서블 디스플레이) 등에 대해 순차적으로 원리와 기능, 특장점 등을 살펴본다.
그동안 볼록한 브라운관 모니터에서 일하던 사람들의 책상에는 어느 듯 날씬한 TFT LCD 모니터가 자리를 잡았고, 이제 가정에서도 배불뚝이 TV 대신 LCD TV가 서서히 둥지를 틀고 있습니다. 최근 TV 시장에서 주목받는 제품 중 하나인 TFT LCD는 어떤 것이며, 작용 원리, 성능 등은 어떨까요? 초박막액정표시장치로 불리는 TFT LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)의 원리를 알아보고, 그 장단점과 활용법을 알아보겠습니다.
◇LCD의 원리는 어떤 것일까요=TFT LCD의 원리는 미닫이 창문(액정)에 바람(전압)이 부는 것을 생각하면 이해하기 쉽습니다. 우선 미닫이 창문(서브 픽셀, 부화소)이 3개(적녹청-R？G？B에 대응하는 액정) 있는 하나의 방(픽셀, 화소)을 생각해 보세요.
밖에서 바람이 불 때 이 미닫이창에 잠금 장치(게이트)를 해놓지 않는다면 창문이 바람에 밀려 열리게 되겠지요? 그리고 창문이 열리면 창 바깥의 햇볕이 방안으로 들어올 겁니다. TFT LCD도 이같은 원리와 비슷합니다.
그 형태가 바람이 아니라 전압에 의한 것이라는 것만 빼면 말이죠. TFT LCD에서 중요한 의미를 갖는 전압을 이해하기 위해서 바람이나 물의 흐름을 생각하게 보겠습니다.
바람은 고기압에서 저기압으로 공기가 흐릅니다. 물도 마찬가지입니다. 수압이 높은 곳에서 수압이 낮은 곳으로 물이 흐르게 됩니다. 전압이 높은 곳에서 전압이 낮은 곳으로 전자가 흐르는 것을 전류라고 하는데, 전류는 전압의 차이에서 발생하는 것으로 바람이 부는 것과 같은 원리랍니다.
그럼 바람(전압)은 어떻게 만들까요. TFT LCD는 유리 2장 사이에 액정을 넣은 형태입니다. 윗유리를 컬러필터 유리기판, 아래 유리를 TFT 유리기판이라고 합니다.
컬러필터에 형성된 ITO 전극에는 항상 같은 전압을 인가하고, TFT 기판에 형성한 픽셀전극에 가하는 전압의 강도를 조절함으로써 바람의 세기를 조절하게 되는 것이지요.
바람이 강하게 불면 미닫이 창이 많이 열리듯이 TFT 기판에 높은 전압이 인가되면 액정이 열리는 정도가 켜져 빛을 많이 통과시키게 되는 것입니다. 이처럼 픽셀전극에 가해지는 전압의 강도를 조절하기 위해서 각 전극에는 불필요한 바람을 저장하는 충전기(캐파시터)와 보조 충전기가 붙어 있습니다.
◇TFT LCD는 어떻게 생겼나요=TFT LCD를 구성하는 요소를 크게 나누면 TFT(반도체, 인공바람 제조기) 유리기판과 컬러필터(색종이) 유리기판, 액정(미닫이 창), 백라이트(햇빛) 등으로 볼 수 있습니다. <그림 참조>
TFT 기판과 컬러필터 기판 사이에 액정을 넣고 백라이트를 붙이면 기본적인 TFT LCD가 구성됩니다. 그런데 빛이라는 게 파장의 성질을 갖고 있기 때문에 산란이 일어납니다. 창문으로 들어오는 빛이 퍼지는 것과 비슷하지요.
이를 바로 잡아주고 빛을 골고루 펴지게 하기 위해 도광판을, 빛을 집중시켜주기 위해 프리즘 시트 등을 붙이게 됩니다. 여기에 빛을 한쪽 방향으로 잡아주는 편광판 등이 붙게 됩니다.
TFT LCD는 기본 단위인 픽셀이 여러 개 결합해 하나의 화면을 만드는 것으로 HD(고해상도)를 기준으로 할 때 ？1920？1080=207만개？ 화소가 있습니다. 이 각 픽셀에 3개의 서브픽셀이 있어 약 621만개의 트랜지스터가 붙게 됩니다. 하나 하나의 픽셀을 조정하기 위해 대응하는 반도체 회로가 하나씩 그려지는 것이지요.
이 반도체 하나하나가 각 서브픽셀(R？G？B)과 대응하는 액정을 움직임으로써 색깔을 구현하게 되는 것입니다.
액정은 고체이면서 액체의 성질을 가짐과 동시에 전기적 특성을 갖고 있어서 전압이 인가되면 움직이게 됩니다. 긴 막대처럼 생긴 액정은 보통 때는 수평상태로 있다가 전압이 인가되면 수직으로 일어서게 됩니다. 그런데 문제는 이 LCD가 자체적으로는 빛을 낼 수가 없다는 것이지요. 이를 해소하기 위해 인공적인 햇빛을 보내주는 것이 BLU(Back Light Unit)입니다.
유리기판 위에 새겨지는 회로에는 미닫이창문이 열리는 정도를 조절해 영상신호를 보내는 데이터라인과, 창문을 열고 잠그는 게이트라인이 있어 이 둘을 조합해 화면의 색을 만들게 되는 것입니다.
◇TFT LCD는 어떤 점이 좋은가요=LCD는 작은 사이즈의 제품에서도 해상도가 높은 것이 장점입니다. 명암비(Contrast Ratio)도 경쟁 디스플레이에 비해 높아 화질면에서 뛰어나다는 평을 듣습니다. 반면 액정이 움직여서 빛을 통과시키는 만큼 응답속도가 밀리초(㎳)로 PDP의 미크론초(㎲)에 비해서 느리고, 휘도와 시야각에서 약점이 있었습니다. 하지만 이 부분들을 최근 보강해 경쟁력을 높이고 있습니다.
