LCD의 동작 원리를 살펴보죠. 일반적인 투과형(transmissive-type), 능동 구동형, 백색 바탕 모드(normally white mode)의 TN-LCD를 대상으로 하여 빛의 경로를 따라가 보겠습니다. 먼저, 디스플레이 패널의 가장자리나 혹은 뒷면에 설치된 광원, 예를 들어 백색 LED에서 발생된 빛이 도광판과 반사판, 확산판, 프리즘 시트 등을 통과하면서 균일하게 퍼져서 패널 아래쪽 유리 기판에 부착된 편광판을 통과합니다. 편광판을 통과한 빛은 한 쪽 방향으로만 진동하는 직선 편광된 빛으로 걸러지게 되죠. 이렇게 선 편광된 빛은 아래쪽 유리 기판을 통과하면서 화소들에 도달합니다.
화소 내에 있는 각각의 부화소들, 한쪽 귀퉁이에는 TFT 스위칭 소자가 있으며, TFT가 온 상태가 되면 부화소에 적정한 크기의 신호 전압이 인가되고, 이 전압에 비례하여 액정이 움직이게 됩니다. 즉, 아래쪽 기판과 위쪽 기판 사이에 담겨 있는 액정 분자들은 초기, 즉, 두 기판들간에 전압이 인가되기 전에는 기판들 사이에서 90도의 각도로 비틀어져서 누워 있는데, 전압이 인가되면서 액정을 일으켜 세우게 되죠. 즉, 전압이 커질수록 비틀어진 각도가 줄어듭니다. 화소에 들어간 빛은 이 때부터 각각의 부화소별로 별도로 조절이 되죠. 각각의 부화소에 있는 액정의 비틀림 경로를 따라서 편광 방향이 바뀌면서 진행을 합니다. 물론 액정의 광활성 특성을 따르는 과정이죠. 만일, 부화소에 전압이 인가되지 않아서 90도의 비틀림 각도를 그대로 유지하고 있으면, 액정을 통과한 빛은 액정 분자들의 배열을 따라 편광 방향이 90도가 틀어진 상태가 되고, 전압이 인가되는 경우에는 액정의 비틀어진 각도가 줄어드는 만큼 편광의 방향도 덜 틀어지게 됩니다. 이렇게 각각의 부화들별로 편광 방향의 틀어짐의 정도를 달리하는 빛은 위쪽 기판에 도포되어 있는 칼라 필터에 도달합니다.
칼라 필터 역시, RGB로 구성되어 각각의 RGB 부화소를 구성하고 있으며, 도달된 빛은 부화소별로 독자적인 편광 방향을 가지고 있습니다. 그리고 칼라 필터를 통과하면서 RGB 색상을 띄게 되죠. 그리고 마지막으로 칼라 필터가 형성된 위쪽 기판에 부착되어 있는 편광판에 도달합니다. 위쪽 기판에 부착된 편광판은 아래쪽 기판의 편광판에 대해 90도의 각도로 교차되어 있습니다. 따라서, 90도로 틀어진 빛은 편광 방향이 편광판과 일치하므로 전부 통과할 수 있고, 비틀림 각도가 줄어들수록 통과되는 빛의 양도 줄어들게 됩니다. 즉, 전압이 인가되지 않은 경우에 가장 밝은 빛이 나오고, 전압의 크기가 증가할수록 밝기는 낮아지며, 궁극적으로 액정의 틀어짐이 제로일 경우 빛의 편광 방향은 입사된 상태에서 변하지 않아 편광 방향이 편광판과 일치되는 빛도 제로가 됨으로써 빠져 나오는 빛은 없게 되죠. 이상이 빛이 디스플레이 패널을 통과하는 ‘투과형,’ TFT가 작동될 부화소를 결정하고 신호 전압을 전달하는 ‘능동 구동형,’ 전압을 인가하지 않을 경우 가장 밝은 RGB 색이 나오는 ‘백색 바탕 모드,’ 그리고 아래쪽 기판에서 위쪽 기판까지 90도의 각도로 비틀어진 액정상을 이용하는 ‘Twisted Nematic(TN)’형 LCD의 작동 원리입니다.
투과형과 구별되는 방식으로 반사형(reflective-type), 그리고 반투과형(transreflective-type) LCD가 있고, 백색 바탕 모드와 함께 흑색 바탕 모드(normally black mode)가 있으며, TN 상 액정과 함께 STN 상 액정, 그리고 콜레스테릭 상 액정 등도 있습니다. 동작 원리에 있어서 세부적인 차이는 있을지라도, 큰 틀에서는 대부분 설명된 원리를 따르고 있죠. 세부적인 차이들은 뒤를 이을 설명에서 다룰 것입니다.
# 참고로 하고 있는 여러 자료들의 제공에 감사를 표하며, 계속 업그레이드 됩니다.
# 의견과 조언, 수정과 요청은 늘 환영합니다. 댓글이나 전자메일로~ bkju@korea.ac.kr
# 저작자, 본 사이트를 반드시 표시, 비영리적으로만 사용할 수 있고, 내용 변경은 금지합니다.
# 더! 생각해보기
a. 백색 바탕 모드(normally white mode)가 있다면, 흑색 바탕 모드도 있겠지. 무얼까?
b. LCD의 작동 과정을 창문에서 들어오는 빛의 양을 조절하는 블라인드로 설명해보자
c. 오래된 성당에서의 색유리, 스테인드 글라스도 LCD의 작동 과정의 설명에 이용될 수 있는데... 어떻게?
'공부와 생각들 > 디스플레이 공부' 카테고리의 다른 글
| 3-13) LCD 패널, 기본 구조, TFT에 관하여 (0) | 2019.07.16 |
|---|---|
| 3-12) LCD, 기본 구조 (0) | 2019.07.15 |
| 쉬어가기) 지구 기울기 (0) | 2019.07.11 |
| 3-10) LCD, 액정의 특성, 광학적, 전기광학적 (0) | 2019.07.11 |
| 3-9) LCD, 액정의 특성, 전기적 (1) | 2019.07.10 |