LCD / 원리 / 관련 회사

LCD / 원리 / 관련 회사

오늘날의 실생활에 가장 밀접하고 많이 사용하고 있는 DISPLAY에 대해 특히 TV, 핸드폰, 가전, 자동차 등에서 사용되고 있는 LCD(액정 표시 장치)는 무엇이고 관련 회사는 어떤 곳이 있는지 확인해 보겠습니다. 

LCD 시장은 코로나19 확산에 따른 수요가 크게 증가하여 호황을 맞이 했습니다. LCD 패널 가격도 함께 급등을 했습니다. Display 시장은 기술 및 자본 집약적인 특성의 진입 장벽이 높기 때문에 대량 생산이 가능한 대기업 위주의 산업입니다. 

관련 회사 (패널, 장비, 부품 등) 

1. LG 디스플레이 : TFT-LCD, OLED 등의 기술을 활용한 Diplay 제품을 생산, 판매하는 기업입니다. TV Display 1위

2. 삼성 디스플레이 : TFT-LCD, OLED 등의 기술을 활용한 Diplay 제품을 생산, 판매하는 기업입니다. 모바일 Display 1위

3. 일진 디스플레이 : 터치스크린 패널을 생산, 판매하는 기업입니다. 

4. 넥스트아이 : LED 백라이트 유닛용 도광판 검사장비, Display 용 유리 표면 검사 장비 개발, LCD 필름 검사장비 등을 생산 판매하는 기업입니다.

5. 에스엔유 : LCD, OLED 산업용 검사 장비 제조 기업입니다.

6. 솔브레인이엔지 : Display 패널을 검사하는 장치 및 장비를 생산하는 기업입니다. 

7. 상보 : Display 용 필름 (LCD용 광학 필름) 제조 기업입니다.

8. 젬벡스 : Display 용 클린룸(오염 제거 룸) 필터 제조 기업입니다. 

9. 엘엠에스 : LCD 백라이트 핵심 부품인 프리즘시트를 생산하는 기업입니다. 

10. 토비스 : 카지노 및 산업용 모니터, 휴대폰, 태블릿 PC 등의 LCD 모듈 및 모바일용 터치 패널, 강화유리 제조 기업입니다. 

※ 외에도 무수히 많지만 대략적인 참고할만한 관련 기업 소개입니다..

삼성디스플레이, LG디스플레이 이미지

LCD란 무엇인가?

LCD 는 Liquid Crystal Display의 약자로서 “ 액체와 고체의 성질을 모두 가지고 있는 물질을 이용한 화면 “ 이란 뜻입니다. 액정 (Liquid Crytal)은 1854년 처음 발견되었고 1888년 오스트리아의 생물학자 라이 니치의 실험을 통해 온도에 따라 액체 와 고체로 변형되는 물질을 발견했고 추가적인 분석을 위해 독일의 물리학자 레만에게 보내 2년 후 오늘날의 LCD 핵심 신물질 " 액정  " 이라 지칭되었습니다. 일반적인 물질의 분자는 온도가 낮은 상태에서 분자의 움직임이 없어져서 얼음 같은 고체가 되고 온도가 올라가면 액체상태 이후 기체가 되어 날아가게 되지만 액정은 고체의 특성으로 분자가 배열되고 액체는 분자들의 자유도가 커져있는 중간 상태입니다. 이것을 " 액정 상태 "라고 합니다. 이 발견 이후 상용화하는 데는 시간이 꽤 걸렸습니다. 1970년 대 가 되어서야 손목시계, 계산기 등에 적용하기 시작했습니다. 

 

액정의 특징 

1. 액정의 분자들은 긴 막대 형태이며 배열 상태에 따라 각도에 따라 빛을 잘 통과 시키고 못 시킬 수 있습니다. (밝기 조절) 

2. 액정의 분자들은 전기장에 반응하여 양극과 음극에 따라 방향을 조절할 수 있습니다. (열고 닫음 역할, 배열 각도 조절) 

 

LCD의 원리

기본적으로 빛의 방향성을 이용하는 원리라 할 수 있습니다. 액정 자체로는 빛을 낼 수 없기 때문에 LCD 백라이트의 광원으로부터 액정을 통과하도록 하고 액정의 분자 배열을 전기장(전압, 전류)을 이용한 제어를 하여 열고, 닫고, 각도 조절을 통하여 빛의 방향을 조절할 수 있도록 하는 것입니다. 색상은 빛의 3 원색 빨강(Red), 녹색(Green), 파랑(Blue)으로 구성된 Color Filter를 액정을 통한 빛이 통과하여 다양한 색상을 표현할 수 있게 됩니다. 

 

LCD 기본 원리

LCD의 구조

백라이트 > 후면 편광판 (가로 빛만 통과) > 액정 (가로 빛을 세로로 틀어서 통과 시키거나 차단하고 각도를 조절하여 밝기를 조절) > 전면 편광판 (세로 빛만 통과) > 컬러필터 > 글라스 

※ 편광판 : 특정한 각도의 빛만 일정한 방향성을 유지하여 통과 시킬 수 있는 기능의 판

 

최대 밝기의 LCD 를 화면에 보이게 하려면

1. 백라이트를 통한 광원은 0도 각도의 빛만 통과시키는 후면 편광판을 먼저 통과합니다.  

2. 후면 편광판을 통과한 빛은 액정을 통하여 90도 틀어진 (Twist) 방향으로 빛을 통과 시킵니다.

3. 액정의 분자에 의해 90도로 열어 준 빛은 90도로 세워진 빛만 통과시키는 전면 편광판에 빛이 세어 나올 수 있게 됩니다.   

4. 전면 편광판을 통과한 빛은 컬러필터(RGB)를 조절하여 색상을 재현하게 됩니다. (이것이 하나의 Pixel 단위입니다.) 

무수히 많은 Pixel들이 모여서 하나의 LCD 패널이 되는 것입니다. (예를 들어 1080P 해상도는 가로 1920 * 1080 Pixel 숫자를 나타내는 것입니다. 1920 * 1080 = 2,073,600 Pixel이며 약 200만 화소라고 부릅니다. ) 

 

LCD의 구조_삼성SDS 발췌

액정 조절을 통해서 나온 빛의 양이 컬러필터 색상을 각각 조절하여 조합된 색상이 우리 눈에 보이게 됩니다. 액정 조절은 TFT (Thin Film Transistor) 박막 트랜지스터를 통하여하고 이것은 액정에 전압을 공급할지를 조절하는 스위치 역할을 하는 것입니다. 

컬러 필터 역할_LG 디스플레이 발췌

박막 트랜지스터 종류

재료의 특성에 따라 나눌 수 있습니다.

1. a-SI 재료 TFT (Amorphous Silicon, 비정질 실리콘) 

정해진 형태 없는 실리콘이며 소형 LCD, 낮은 화질의 모니터 등에 이용합니다. 

장점 : 공정이 쉽고 수율이 높아 가격적으로 유리

단점 : 느린 전자 이동속도 

 

2. LTPS 재료 TFT (Low-Temperature Polycrystalline Silicon, 저온 다결정 실리콘) 

a-Si 보다 100배 정도 빠른 전자 이동 속도로 향상된 재료이며 고해상도 모니터에 이용합니다.

장점 : 고해상도 모니터

단점 : 대형 공정이 어려워 수율이 낮음, 제조 단가 높음

 

3. Oxide 재료 TFT 

높은 단가를 보완하기 위해 실리콘 대신 산화물(Oxide)을 재료를 이용하여 대형 모니터에 이용합니다.

장점 : a-SI 보다 10배 정도 빠른 전자 이동 속도 

단점 : LTPS 보다는 느린 응답 속도

LED 패널의 종류 

액정의 구동방식에 따라 종류를 나눌 수 있습니다. 

1. TN (Twisted Nematic) 패널 

Nematic 액정은 방향성은 있지만 질서가 없는 액정 상태를 말합니다. 긴 막대 모양 분자들이 불규칙적으로 배열하지만 방향은 일정한 상태입니다. 최대 전압을 주었을 대 분자 구조가 수직이 되면서 빛이 차단되어 검은색 화면이 나오게 됩니다. 

장점 : 액정을 구동시키는 전압이 낮고 가격이 싼 편입니다. 응답 속도가 빨라 잔상이 적습니다. 

단점 : 액정 구조 때문에 보는 각도에 따라 명암이 달라져 보이기 때문에 시야각이 매우 좁습니다. 

2. VA (Vertical Alignment) 패널

전원이 들어오지 않았을 때 액정 분자가 수직으로 있다가 검은색으로 보이다가 전원이 들어오면 수평방향으로 정렬하여 흰색을 나타내게 하는 패널입니다. 수직 상태에서 빛이 편광판을 통과하지 못하는 구조이며 수평이 되었을 때 통과하는 구조입니다. 

장점 : 명암비가 좋아서 색재현율이 좋고 TN 패널에 비해 시야각이 좋습니다. 

단점 : 응답속도가 낮아 움직임이 많은 화면일 때 잔상이 남을 수 있습니다. 액정 분자가 수직 상태이기 때문에 터치 기능의 화면에는 적합하지 않습니다. 

3. IPS (In-Plain Switching) 패널 (LG 디스플레이 방식) 

수평 방향으로 있던 액정 분자를 자기장을 이용하여 옆으로 회전시키는 방식입니다. 현재 가장 많이 사용하는 패널입니다. 

장점 : 광시야각이 제일 좋습니다. 응답 속도가 빠르고 색재현력도 높습니다. 

단점 : 액정 분자 구조가 수평이기 때문에 검은색 표현 시 빛 손실이 발생하여 명암비가 낮습니다. (뿌옇게 보이는 현상)  

4. PLS (Plane to Line Switching) 패널 (삼성 디스플레이 방식) 

IPS와 유사한 방식이며 액정 분자가 수평으로 놓여 있다가 일정 부분만 각도가 바뀌면서 백라이트 빛이 편광판 위로 올라갈 수 있도록 한 방식입니다. 

장점 : 광시야각이 좋습니다. 화면 번짐이 없습니다. 

단점 : 액정 분자 구조가 수평이기 때문에 검은색 표현 시 빛 손실이 발생하여 명암비가 낮습니다. 

OLED란 무엇인가?

OLED는 LCD와 달리 빛을 발산하는 원리가 다릅니다. 자체적으로 발광하는 물질(유기물)을 적용하여 백라이트가 불필요하고 개별적으로 Pixel을 조절할 수 있습니다. 유기물은 LED (발광다이오드)와 같은 원리이며 전류를 가하면 빛을 내는 성질의 반도체 소자와 같습니다. (P형 반도체와 N형 반도체의 접합으로 만들어진 반도체이며 그 성분에 따라 색상을 선택할 수 있습니다.)  

 

 

감사합니다.