주어진 신호가 ITO를 통해 각 DOT에 그대로 가해지는 TN, STN 등의 수동구동 방식과는 달리 TFT-LCD는 영상을 나타내는 픽셀마다 트랜지스터를 하나씩 가지고 있어 하나 하나의 각 화소를 독립적으로 제어하는 능동 매트릭스 방식으로, 라인간섭에 의한 Cross talk이 없고 콘트라스트, 해상도, 시야각, 전력소모, 응답속도 등에서 수동구동방식보다 훨씬 우수한 특성을 나타냅니다. TFT-LCD에서는 트랜지스터를 켤 때 액정에 영상정보를 저장하고, 트랜지스터를 끌 때 액정 충전기 및 보조 충전기에 저장된 전하가 보존되도록 하여 일정한 시간 동안 영상 이미지를 표시하는 방식을 사용합니다.
TFT란 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET)인 MOS(Metal Oxide Semiconducter)FET의 일종으로 유리기판 위에 비정질 실리콘 등의 반도체박막을 형성시켜 FET구조를 만들었으며, TFT가 형성되어 있는 하부유리기판과 컬러 필터가 형성되어 있는 상부 유리 기판 사이에 액정을 주입하여 영상 효과를 얻습니다.
MOSFET에서는 게이트에 전압이 가해지지 않을 경우에는 소스에서 드레인으로 전류가 흐르지 않지만, 게이트에 일정값 이상의 전압이 가해지면 게이트 밑의 반도체 층의 성질이 바뀌면서 전자가 흐를 수 있는 길을 만들어 줍니다. 게이트 전압에 따라 전류의 흐름이 조절되는 것입니다. TFT에서는 MOSFET과 마찬가지로 게이트에 충분한 전압을 가하면 스위치가 on되고, 충분히 낮은 전압을 가하면 스위치가 off 되어 화소에 필요한 데이터를 데이터 라인에서 화소로 입력하는 스위치 역할을 하게 됩니다. MOSFET과 구분되어 TFT라 불리는 이유는 유리 기판상에 비정질 실리콘이나 다결정 실리콘 등으로 회로를 형성하는데 약 0.1um 내외로 매우 얇은 박막으로 층을 형성하고 있기 때문입니다. TFT소자의 종류에 따라 비정질 실리콘(amophous silicon,a-Si) TFT와 다결정실리콘(Polysilicon, p-Si) TFT로 나눌 수 있고, 이들 중 비정질 실리콘 TFT를 사용한 직시형 TFT-LCD가 가장 널리 사용됩니다.
TFT-LCD는 크게 판넬부, 구동회로부, 백라이트와 샷시부로 구성된다. TFT-LCD 판넬부는 구동 회로부의 구동 신호를 사용하여 개개 화소별로 광원으로부터 오는 빛을 조절하여 영상을 표현하는 부분으로 TFT 기판 부분, 컬러 필터 기판 부분, 액정 혼합물로 구성됩니다. 구동 회로부는 판넬을 구동시키기 위한 각종 회로 소자가 부착된 부분으로 표시 장치에 나타나야 할 자료에 대한 신호를 판넬에 보내는 부분입니다. 백라이트와 샷시부는 화소의 광원 역할을 하는 형광 램프와, 이 곳에서 나오는 빛의 효율을 향상시키기 위한 각종 시트, LCD 모듈을 보호하는 외관으로 샷시부로 구성됩니다.
구동회로는 다층 PCB형태를 취하며 회로부품은 박형화와 고밀도화를 위하여 Surface mounting Technology(SMT)기술을 이용합니다. Driver IC는 Tape Carrier Package(TCP)형태로 제작되어 PCB와 패널사이에 연결됩니다.
판넬부의 구성 요소에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같습니다.
① Black 매트릭스 : 컬러 필터의 Pixel사이에 형성되어 R,G,B각화소에서 나온 빛들이 서로 간섭을 하지 않도록 차단해주고 외부에서 들어온 빛이 반사되지 않도록 흡수하는 역할을 합니다.
② 컬러 필터 : 세가지 기본색(R,G,B)의 염료나 안료를 포함하는 수지필름이며, 액정을 통과한 빛이 색깔을 갖도록 합니다.
③ OverCoat막 : 이 막은 컬러 필터 표면의 평탄화를 위해 사용되며, ITO(Indum Tin Oxide, 투과성과 도전성이 좋으며 화학적,열적 안정성이 우수한 투명 전극 재료)와의 접착력 향상을 위하여 사용되기도 합니다.
④ 공통전극(Common Electrode) : 이것은 투명한 전기 전도체인 ITO로 만들어진 전극으로 액정셀에 전압을 인가하는 역할을 하는데, 이 전극의 모양이 LCD에 나타나는 영상을 결정 짓습니다.
⑤ 편광필름 : 빛을 편광시키기 위해 부착한 필름입니다.
⑥ 배향막(Alignment Film) : 이 막은 폴리이미드로 구성된 얇은 유기막으로 액정을 배향(방향을 일정하게 만들어줌)하기 위해 형성됩니다.
⑦ 액정층(Lyquid Crystal) : 액정층의 두께는 보통 5㎛정도이며 twisted nematic 액정을 사용합니다.
⑧ sealant : 패널의 가장자리에 위치하여 TFT Array기판과 컬러 필터기판을 고정하는 접착제 역할과 active 셀영역을 구성합니다.
⑨ 화소전극 : 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO로 만들어지며 TFT를 통하여 인가된 신호전압을 액정셀에 가해주는 역할을 합니다.
⑩ TFT : 액정에 신호전압을 인가하고 차단하는 Switching소자입니다.
⑪ 축적용량(Storage Capacitor) : Pixel ITO에 인가된 신호전압을 일정시간이상 유지시켜주는 역할을 합니다.
LCD에는 반사형과 투과형이 있는데, 반사형은 백라이트가 없이도 외부의 빛을 반사시켜 고화질의 컬러를 구현하는 방식으로, LCD패널의 전면으로부터 입사시킨 빛을 패널뒷면에 부착되어 있는 반사판에서 반사시켜 표시하는 형이고, 투과형은 배면으로부터 주위광 또는 형광을 입사시켜 상을 나타내는 형입니다. 반투과형 LCD는, 반사형 LCD가 어두운 곳에서 화면이 보이지않는 단점을 보완하기위해 어두운 곳에서는 백라이트를 이용하고 밝은 곳에서는 백라이트 없이 화면을 표시하는 방식입니다.
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