LCD 디스플레이 구미대학교 컴퓨터정보전자과

I 디스플레이장치의 종류 및 특징

디스플레이 소자의 구분 디 스 플 레 이 CRT(브라운관) 투사형 Light valve CRT 직시형 발광형 액정(液晶) 패널에 표시한 화상을 배면(背面)에서 빛으로 조사(照射)하여 스크린상에 확대 투사 평면 CRT CRT ELD 직시형 발광형 PDP Flat Panel LED LCD 비발광형 ECD

용어 설명 ELD(Electrolumiscent Display) 평면형 표시 장치의 하나. 수평 방향과 수직 방향으로 배열된 전극들 사이에 형광 물질이 있다. 수평 전극과 수직 전극이 만나는 점이 하나의 픽셀인데, 이 픽셀은 해당 전극에 전류가 흐르게 함으로써 빛을 발하게 할 수 있다 유기 ELD(OLED) 음극과 양극에서 주입된 전자와 정공이 유기물 내에서 결합하여 빛을 내는 자체발광현상을 이용한 디스플레이이다. 양극에 정공을, 음극에 전자를 주입하면 정공과 전자가 만나 중성이면서 높은 에너지를 가진 여기자를 만드는데, 이 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 낸다. 소비전압이 작고 공정이 간단하며 시야각이 넓고 얇으면서 응답속도가 빠름 Light Valve 광원에서 일정한 강도로 방사된 광선속(光線束)을 입력 신호에 대응하여 부분적으로 반사, 혹은 투과함으로써 투사(投寫)화상을 얻는 장치

투사형 CRT(브라운관) Light valve 투사형(Projection) 스크린에 비추어 영상을 보는 방식 CRT(브라운관) Cathode Ray Tube, 음극선관

직시형(CRT) 직시형(Direct view) 화면이 나오는 장치를 직접 보는 방식 편향코일 : 전자빔의 수직, 수평 편향을 담당하는 부분으로 두 개의 둥근 코일이 직각으로 형성 교류 신호를 인가하여 자계를 형성하여 전자빔의 편향을 유도

전자총 대체로 기관총과 같은 통(筒) 모양으로 길고, 마치 탄환의 흐름과 같이 전자류를 쏘아 내므로 이런 이름이 붙었다. 전자빔의 지름은 전자현미경의 경우 1 μm 이하이고, 브라운관 등에서는 1 mm 이하 정도이다. 구조는 음극으로부터의 열전자(熱電子)를 중앙에 구멍이 뚫린 도넛 모양으로 된 전극을 몇 개 통과시켜 점점 가늘게 죄어 나간다. 가속전극에 거는 양(＋)의 직류전압이 높을수록 전자는 세차게 당겨져서 고속으로 튀어 나가게 된다. 이 가속전압과 전자의 속도 에너지는 비례한다. 전자총의 중간에 있는 전극(그리드)에 교류신호전압을 걸면 신호에 따라 전자빔은 밀도변조를 받아 짙어졌다 엷어졌다 한다 그리드 전극 (grid) 전자가 통과할 수 있는 출구가 있는 전극. 화면 방향으로 송출된 빔의 강도를 조절하도록 돕는다. 적색 빔 (red beam) : 붉은색 형광물질에 부딪히도록 제어되는 빔 녹색 빔 (green beam) : 녹색 형광물질에 부딪히도록 제어되는 빔 청색 빔 (blue beam) : 청색 형광물질에 부딪히도록 제어되는 빔 자기장 (magnetic field) : 자성을 띠는 공간. 전자빔의 방향을 제어하여 전체 화면을 덮을 수 있도록 한다

직시형-Flat Panel-발광형 PDP OLED PDP Plasma Display Panel, 빛을 만드는 방식이 플라즈마를 이용 OLED Organic Light Emitting Diode, 차세대 디스플레이 소자

Liquid Crystal Display, 액정표시장치 직시형-Flat Panel-비발광형 LCD LCD Liquid Crystal Display, 액정표시장치

CRT와 LCD의 비교 얇고 가볍다 소비전력이 작다 전자파가 적다 깜박임이 없다 두께는 CRT와 비교 대상이 아님 15인치 모니터기준 4Kg 대 20Kg 전자파가 적다 CRT는 전자총 사용, 높은 전력 소비 TFT를 ON/OFF, 낮은 전력 소모 깜박임이 없다 전자빔 편향을 위한 DY에서 높은 전압 필요 유해 전자파 발생 형광물질의 발광시간이 짧아 주사율이 높아야 함 LCD는 자체 지속시간이 김

LCD의 장단점 장 점 단 점 저전력 소모, 낮은 구동전력 좁은 시야각 두께 0.5Cm의 박형 별도의 광원 필요 장 점 단 점 저전력 소모, 낮은 구동전력 좁은 시야각 두께 0.5Cm의 박형 별도의 광원 필요 고해상도, full color 구현 대형화의 어려움 많은 생산업체, 양산기술 응답속도가 다소 느림

CRT, LCD, PDP, OLED의 비교 사 양 LCD CRT OLED PDP 두 께 중 량 색 채 휘 도 선명도 시야각 사 양 LCD CRT OLED PDP 두 께 중 량 색 채 휘 도 선명도 시야각 응답속도 색 분해능력 소비전력 대화면 신뢰성

II TFT LCD의 역사

TFT-LCD의 역사 1888 액정의 발견(Friedrich Reinitzer) 1963 Dynamic Scattering Mode(DSM)의 특허 출원 1971 TN(twisted nematic) Mode의 제안 1972 Active Matrix 제안(TFT) 1982 a-Si TFT TV의 개발 1983 Poly-Si TFT, TN-LCD color TV 개발 1984 Poly-Si TFT color TV 상품화

TFT-LCD란 무엇인가? TFT TFT-LCD Thin Film Transistor(박막 트랜지스터)로 액정에 전압을 공급할 것인지를 결정하는 스위칭 소자를 말함.(화소의 투과도 조정) TFT가 형성되어 있는 하판인 TFT기판과, 상판인 컬러필터 사이에 액정을 주입, 그 특성을 이용해 영상효과를 얻는 비발광 소자 - 소비전력이 작고 휴대성 양호한 첨단 디스플레이 장치 TFT-LCD

액정이란 무엇인가? 점성을 갖는 액체(물질의 상)와 결정(규칙성을 가짐)의 중간상태의 물질 결정질의 고체 중간상태의 액정 액체

액정의 종류 Sematic 액정 Cholesteric 액정 Nematic 액정 F F 2차원의 네마틱 액정의 층을 가늘고 긴 분자군의 긴축의 방향은 일정하지만 짧은 축 방향으로는 규칙성이 없음 F Sematic 액정 짧은 축 방향으로도 규칙성이 있고, 2차원 단 분자층을 포개쌓은 형상 n Cholesteric 액정 2차원의 네마틱 액정의 층을 하나의 방향으로 조금씩 각도를 벗어나게 하여 쌓은 구조

III LCD의 구조와 동작원리

편광이란 무엇인가? 편광이란? 일반적인 빛은 모든 방향의 진동성분이 존재                                                                                                                                                        편광이란? 일반적인 빛은 모든 방향의 진동성분이 존재 편광기는 이러한 빛의 한쪽 방향 성분만을 통과시키는 장치 용수철의 진동 방향이 틈의 방향과 같을 때 파는 틈을 통과해 나아갈 수가 있음 틈의 방향과 용수철의 진동 방향이 수직인 경우에는 파는 틈을 통과할 수 없음 편광판은 원자의 구조적 특성으로 특정한 방향으로 진동하는 빛만을 통과시킴

외부전압에 의해 정렬된 빛은 편광판을 쉽게 많이 통과할 수 있음 TFT-LCD의 동작원리 액정의 편광변환특성에 의한 빛투과량 조정 외부전압에 의해 정렬된 빛은 편광판을 쉽게 많이 통과할 수 있음

TFT-LCD의 동작원리

MOSFET의 구조 및 동작 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor) Gate에 인가된 전압에 의해 Source와 Drain사이에 전류가 흐를 수 있는 통로를 만듬(채널이라 불림)

TFT의 구조 및 동작 유리기판 위에 S, D, G를 비롯하여 반도체 층과 절연체 층이 존재 Gate에 전압이 가해지면 유리기판 위의 반도체에 채널 형성 FET는 ON상태가 되어 전류 흘림 반도체 : 평소에는 전류를 흘리지 않다가 특정한 조건이 되면 전류를 흘리는 물질 절연체 : 전류를 흘리지 않는 물질

3개의 부분 : LCD Panel, 구동회로, Backlight TFT-LCD의 구조 3개의 부분 : LCD Panel, 구동회로, Backlight

LCD 부분별 구성 Panel부분 회로부분 Back Light 부분 하부유리기판 : 박막트랜지스터, 전극 상부 유리기판 : 컬러필터와 공통전극 액정 편광판: 상하부 유리부착 Driver IC: 전기신호를 패널에 전달 Trimming 제어회로: Driver IC를 제어 PCB: 전기신호를 처리 하기 위한 기판 기타회로소자 : 각종 chip, 소자 Lamp : TFT-LCD의 광원으로 CCFL사용 Inverter : Lamp를 켜기 위한 전기설비 기구류: 빛을 LCD표면 에 균일하게 하는 시트

                                                                                                                                                                   TFT-LCD의 단면 TFT, 액정, 컬러필터로 구성 TFT공정, Cell공정, 모듈공정으로 제조

TFT-LCD의 동작순서

TFT-LCD의 구조-BaxkLight 외부의 광원에 의해 화면 구성 화면전체에 균일한 빛 밝기를 유지해야 함 : 도광판, 확산판 보호시트(Protect Sheet)：프리즘 시트는 Scratch 발생이 쉽고, 프리즘 시트 2매 사용시 모아레 현상이 나타날 수 있으므로 이를 방지하는 역할 및 빛을 확산시켜 프리즘 시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀 줌 2) 프리즘시트(Prism Sheet)：확산시트에서 나오는 빛을 굴절, 집광시켜 Backlight 표면에서 휘도 상승 3) 확산시트(Diffuser Sheet)：도광판 상면에 위치하여 도광판 표면으로부터 일정한 방향으로 빠져 나오는 빛을 산란시켜 도광판 표면 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 하는 기능 4) 도광판(Light Guide Panel)：투명한 아크릴 패널을 이용해 Lamp로 부터 발산되는 빛을 받아 들이고 이 아크릴 표면에 증착된 일정 면적과 모양을 가진 Pattern을 통해 화면 전영역에 걸쳐 빛을 균일하게 분포 5) 반사시트(Reflector Sheet)：도광판 아랫면으로 빠져 나오는 빛을 다시 반사시켜 도광판 내로 돌려 보냄 6) Mold Frame：BLU의 각 부품을 고정하여 일체형 부품인 Back Light로 만들어 주는 일종의 Case. 7) Lamp Reflector：사방 방사하는 Lamp 빛의 유출을 막고 도광판과 반대면으로 빠져 나가는 빛을 반사 시켜 도광판 쪽으로 재입사 시켜 Lamp의 효율을 극대화시키는 기능

IV LCD의 제조공정

LCD의 전체 제조공정 컬러필터 공정 Cell 공정 Cell 공정 TFT 공정 RGB의 컬러필터와 BM, 투명전극 형성                 상판과 하판을 합착하고, 절단하여 액정을 주입 Cell 공정 구동용 회로기판을 부착, Back light, 편광판, 케이스 부착 Cell 공정 화소에 전기를 공급할 트랜지스터를 형성 TFT 공정

(Deposition & Patterning Process in Detail) TFT의 제조공정 유리판 (Glass) GATE 전극 (GATE Electrode) 절연막 및 반도체막 (Insulator & a-si) DATA 전극 (DATA Electrode) 보호막 (Passivation) 화소전극 (Pixel Electrode) Pattern- ing Pattern- ing Pattern- ing Pattern- ing Pattern- ing 증착 / 패턴 공정 상세도 (Deposition & Patterning Process in Detail) 증 착 (Deposition) 세 정 (Cleaning) PR 도포 (PR Coating) 노 광 (Exposure) 현 상 (Develop) 식 각 (Etch) PR 박 리 (PR Strip) 검 사 (Inspection) R F H Si N PECVD 습식 식각(Wet Etch) Al DC Ar+ TARGET SPUTTER 건식 식각(Dry Etch) FO Si SiF4 PLASMA Gas RF SUBSTRATE

TFT의 제조공정1 TFT 공정 유리기판 위에 절연막, 반도체막, 금속막 등을 화학적 물리적인 방법 으로 막을 입히는 공정 증 착 (Deposition) TFT 공정 R F H Si N PECVD 유리기판 위에 절연막, 반도체막, 금속막 등을 화학적 물리적인 방법 으로 막을 입히는 공정 Sputter : 금속막 형성 PECVD : 반도체막, 절연막 형성 Al DC Ar+ TARGET SPUTTER

TFT의 제조공정2 TFT 공정 증착 전 후에 공기 중이나 장비에서 발생하여 유리기판 위에 묻은 이물 세 정 (Cleaning) TFT 공정 증착 전 후에 공기 중이나 장비에서 발생하여 유리기판 위에 묻은 이물 이나 Particle(먼지)를 제거하는 공정

TFT의 제조공정3 사 진(Photo) 기판에 원하는 패턴을 얻기 위해 PR 패턴을 기판에 형성하는 공정 PR 도포 : Photo Resistor를 spin coating 방식에 의해 기판에 도포 노광 : 원하는 패턴이 그려진 마스크를 통해 PR이 도포된 기판에 노광 현상(Develope) : 노광된 부분을 현상액을 사용하여 패턴을 형성 노 광 현 상

TFT의 제조공정4 식각(Etch) 첫번째 과정에서 증착시킨 막 중에서 PR이 덮여있는 부분을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정 습식 식각 : 약품을 이용하여 제거 건식 식각 : Gas를 이용하여 제거 습식 식각 (Wet Etch) FO Si SiF4 PLASMA Gas RF 건식 식각 (Dry Etch)

TFT의 제조공정5 박리(strip), 검사 박리(Strip) : 식각 공정 후 패턴형성을 위해 남겨 둔 PR을 벗겨내는 공정 (PR Strip) 박리(strip), 검사 박리(Strip) : 식각 공정 후 패턴형성을 위해 남겨 둔 PR을 벗겨내는 공정 검사 : 각 Layer완료 후 이상유무 확인 검 사 (Inspection)

컬러필터의 전체구조 Color Array Glass Black Matrix Red Green Blue ITO

(Deposition & Patterning Process in Detail) 컬러필터의 제조공정 Pattern- ing A ing B 증착 / 패턴 공정 상세도 (Deposition & Patterning Process in Detail) BM Red Green Blue ITO Glass 검 사 (Inspection) 세 정 (Cleaning) SUBSTRATE Al DC Ar+ TARGET SPUTTER 증 착 (Deposition) PR도포 (PR Coating) 노 광 (Exposure) 현 상 (Develop) 식 각 (Etch) 박 리 (Strip) Color PR도포 (Colored PR Coating) 현 상 B A 습식 식각(Wet Etch) 건식 식각(Dry Etch) FO Si SiF4 PLASMA Gas RF B/M 단위 공정도 C/F 단위 공정도

컬러필터공정의 용어설명 BM(black matrix) 컬러 한 화소를 표현하기 위해 R(red), G(green), B(blue)의 세가지 색이 필요하며 이를 구동하는 3개의 TFT필요 이 화소들을 구분하는 선을 BM이라함. ITO(indium tin oxide) 액정화소의 동작을 위한 화소전극을 만드는 재료로 투명한 도체

Cell의 전체구조 Cell 구동 (Cell Driving) 편광판(Polarizer) 액정(LC) - White (TFT Off) Black (TFT On) 편광판(Polarizer) 액정(LC) Glass Cell 구동 (Cell Driving)

(Alignment-Layer Printing) (Autoprobe Inspection) Cell의 제조공정 TFT C/F 3 초기세정 (Cleaning) 배향막 인쇄 (Alignment-Layer Printing) 러 빙 (Rubbing) Seal 인쇄 (Seal Printing) Spacer산포 (Spacer Dispensing) 합 착 (Assembly) 절 단 (Scribing & Breaking) 액정 주입 (LC Injection) 검 사 (Autoprobe Inspection)

Cell공정의 용어설명 배향막 액정분자를 배향하기 위한 고분자 박막 러빙(rubbing) 액정분자의 정렬방향을 결정하기 위해 배향막에 일정한 방향을 갖게 하는 공정 spacer TFT와 컬러필터 사이에 액정이 균일한 두께가 되도록 하는 지지대 seal TFT와 컬러필터를 붙이기 위한 접착제 역할과 액정의 유출을 막는 재료

Module의 전체구조 Case Top LCD Panel Diffusers & Prisms Light Guide Lamp Suppor Main Reflector PCB D-IC(on TCP) Housing Lamp Bottom Cover

(Polarizer Attachment) Module공정 세 정 (Cleaning) 탈 포 (Autoclave) 편광판 부착 (Polarizer Attachment) TAB 부착 (TAB Attachment) B/L 조립 (B/L Assembly) PCB 부착 (PCB Attachment) 검 사 (Inspection) Aging 포 장 (Packaging) Cell

V LCD의 응용분야

LCD 응용분야 계산기, 손목시계에서 출발하여 현재 노트북 PC의 모니터가 주력 Desktop PC의 모니터시장 확보 가정용 TV, CNS, hand held PC로 확대 군사용, 우주과학용                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

LCD 응용분야 모니터용 TFT-LCD 모니터 및 TV등 CRT의 전 영역으로 진출 대형 화면에서 PDP와 경쟁 현재 50인치 이상, Full HD(1920*1080)급 해상도 생산 시야각, 응답속도 개선이 요구됨                                                                                                                                                                                      

LCD 응용분야 노트북 PC용 TFT-LCD LCD의 주 사용처 대화면, 고해상도가 반드시 요구되지는 않음 - 대화면 : 휴대성 떨어뜨림 - 고해상도 큰 size의 TFT 필요, delay의 영향으로 게이트 선폭 감소 개구율 감소 및 backlight의 소비전력 증가 전력소비의 감소방향 - Backlight의 전력소비는 많이 떨어뜨린 상태임 - 액정 Cell의 소비전력을 감소시키는 방법 연구                                                      

LCD 응용분야 CNS용 TFT-LCD CNS(car navigation system) 중소형 LCD 시장의 큰 부분 차지 5 – 7인치가 주류, TV와 겸용 사용 차량의 특성상 온도변화에 대한 신뢰성 요구 배경이 밝은 곳에 사용되므로 고휘도의 Backlight가 요구                                                      

LCD 응용분야 Projection용 TFT-LCD 투과형 프로젝터 광원의 고열에 견디기 위해 냉각되어야 함 대부분 poly silicon을 사용한 LCD 램프의 수명이 짧고, 가격이 비쌈 투사형 프로젝터 현재의 프로젝션 TV의 주종 화면 전체의 밝기가 고르지 못하고, 휘도가 떨어짐 휘도 및 시야각의 확대에 대한 연구가 활발함

VI PDP(plasma display panel)

PDP의 동작원리 기체가 방전할 때 플라즈마로 부터 나오는 빛을 이용하여 영상표현 형광등이 좋은 예 기체방전 표시소자라고도 부름

PDP의 동작원리 PDP는 형광등의 발광원리와 비슷함 두 장의 유리판 사이에 방전 셀(작은 공간) 형성 - 격벽 내부에 네온, 크세논 가스 충전 후 밀봉 전극에 높은 전압인가 – 기체가 방전 – 자외선 발생 – 격벽의 형광체 발광

PDP의 특징

PDP의 제조공정 상판공정 봉착공정 하판공정 세정 ITO전극형성 BUS전극형성 B/S형성 유전체형성 Seal형성 보호막형성 상하판합착 가스충전 봉착공정 하판공정 세정 하지막인쇄 Address형성 격벽형성 형광체인쇄

VII OLED

OLED의 동작원리 OLED(organic light emitting Device) 반딧불이 처럼 유기물에 의한 발광현상을 이용

OLED의 동작원리

OLED의 특징 빠른 응답속도, 얇은 두께 색재현성, 명암비, 해상도 높음, 광시야각 등

OLED의 특징

수고 하셨습니다.