LCD의 원리

 

LCD는 햇빛이 비치는 창문에 아주 작은 크기의 총천연색의 셀로판지를 연속적으로 바꾸면서 영상을 만들어 내는 방식으로 작동하는 디스플레이입니다.
LCD에서는 기본 단위인 셀이 만들어 내는 영상이 모여서 전체 영상을 나타내게 되는데, 셀 단위로 셀로판지 역할을 하는 컬러필터와 유리기판을 통과하는 빛의 양을 조정하는 액정, 그리고 전압을 조절하는 스위치가 만들어져 있으며, 빛을 내는 백라이트가 유리기판 뒤에 자리잡고 있습니다. TFT-LCD에서는 셀별로 전원을 가하여 빛을 통과시키거나 차단함으로써 영상을 나타냅니다.
LCD에서는 두 장의 유리 기판 위에 서로 직교하면서 부착되어 있는 편광판과 유리기판 사이에 있는 액정의 상호작용에 의해 빛을 통과시키거나 빛을 차단하게 됩니다.
두 장의 유리 기판에 서로 직교하면서 부착되어 있는 편광판 사이에 액정이 없다면 한쪽 편광판을 통과한 빛이 맞은 편 편광판을 통과하지 못해 전체적으로 유리 기판이 어둡게 보일 것입니다. 이는 진행방향과 수직방향으로 진동하는 빛의 성분 중 하나의 편광판을 통과한 빛의 성분이 맞은편에 있는 편광판에서는 통과되지 않는 빛의 특성 때문에 그러합니다.
그러나 유리기판사이에 액정이 있는 경우는 액정이 어떻게 배열되어 있는가에 따라 유리기판이 밝게 보이기도 하고, 어둡게 보이기도 합니다.
밝게 보이는 경우는 유리기판사이의 액정 배열이 90도 twist 되어 있을 때인데, 이는 입구와 출구가 90도 각을 이루는 나선형 계단을 사람이 올라가거나 내려갈 때와 같이, 하나의 편광판을 통과한 빛의 진행 방향을 입구와 출구의 배열이 90도로 Twist 되어 있는 액정이 90도 바꾸어 줌으로써 빛이 반대편 편광판을 자연스럽게 통과할 수 있도록 해주기 때문입니다.
액정의 방향을 두 장의 유리 기판 사이에서 서로 다르게 유지하기 위해서 유리 기판의 표면에 폴리이미드를 도포한 후 액정의 방향을 유도하기 위한 배향막골이라고 하는 일정 방향의 홈을 만들며, 이러한 과정을 배향처리라고 합니다. 배향 처리된 두 장의 유리 기판의 배향막골이 서로 직교하도록 접착한 후 액정을 주입하면, 양쪽 끝의 액정 분자들이 배향막골과 평행하게 배열되어 서로 90도를 유지한 후 위와 아래 기판에서 자연스럽게 비틀린 상태를 유지하게 됩니다.

 

 

액정분자들이 배향막골과 평행하게 정렬된 상태

그러나 LCD에 전압을 가하게 되면, twist 되어 배열되어 있던 액정이 한 방향으로 배열되면서 한쪽 편광판을 통과한 빛의 방향을 바꿔주지 못해, 빛이 반대편의 편광판을 통과하기 못하게 되므로 어둡게 보이게 됩니다. 이와 같이 전압을 조절하여 유리 기판을 통과하는 빛의 양을 원하는 대로 조절함으로써 LCD에 신호를 나타내는데, 이러한 현상을 이용한 것이 우리가 흔히 보는 계산기, 시계입니다.
이와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서 빛이 통과하고, 전압이 인가된 상태에서 빛이 통과하지 않도록 설계된 것을 normally white mode LCD라 부르고, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 빛이 통과하지 않고 전압이 인가된 상태에서 빛이 통과하도록 설계된 것을 normally black mode LCD라 부릅니다.
많이 사용되는 디스플레이인 TN(Twisted Nematic)-LCD, STN(Super Twisted Nematic)-LCD, DSTN(Double Super Twisted Nematic)-LCD는 유리 기판의 윗면과 아랫면에 정렬하고 있는 액정의 방향이 위에 설명한 바와 같이 서로 비틀어져 있는 방식이어서 붙여진 이름입니다.

 

 

 

 

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