디스플레이 패널 구조 : LCD 기반의 평면 구조 디스플레이 패널

안녕하세요!

디스플레이를 공부하고 있는 타임플렉스입니다.

 

이제 본격적으로 디스플레이에 대한 공부를 같이 해보려고 합니다.

블로그 글이기 때문에 너무 깊은 내용보다는 조금은 가볍게 함께 알아가보도록 해요!

 

디스플레이 패널

오늘 설명하고자 하는 내용은 디스플레이의 구조 중 패널에 관련된 내용입니다.

디스플레이 패널은 TV 모니터의 화면 영역을 보여주는 영역을 말합니다. 디스플레이 패널은 평면형 디스플레이와 플렉시블 디스플레이 구조 사이의 차이가 있습니다. 먼저, 본 글에서는 평면형 구조의 디스플레이 패널을 다루도록 하겠습니다.

 

1. 평면 구조의 디스플레이 패널 : LCD 구조

디스플레이 패널 구조 중 대표적인 구조인 LCD 구조는 평면 구조로만 제작이 가능합니다. LCD 디스플레이 구조는 다음과 같습니다. 

 

그림1. 평면 디스플레이의 발광구조 (LCD 기반의 구조) (디스플레이 구조 참고)

 

먼저, LCD는 제일 뒤쪽에 Back light Unit(BLU)를 사용하여 뒤쪽에서 발광체가 존재하였고 이를 투과해줄 수 있는 유리 기반의 소재를 활용하여 패널을 제작하였습니다. 그림과 같이 뒤쪽의 백라이트(BLU)가 존재하고, 액정, 편광판 및 컬러필터를 통해 빛이 전달됩니다.

이 때, 백라이트 앞과 컬러필터 위쪽은 투과도가 높은 유리 소재를 활용하여 평면 디스플레이의 패널 구조를 이룹니다. 백라이트의 빛이 발생하고 그 빛은 아래의 유리를 통과하여 액정과 컬러필터를 통과함으로써 각각의 RGB의 색이 우리 눈에 도달하게 됩니다.

 

2. LCD의 발광 원리 : 액정(Liquid crystal)과 편광판

 

LCD가 빛을 발광하기 위해서는 뒤쪽의 Backlight의 양을 조절하는 것이 중요합니다. 이를 제어하기 위해서 쓰인 소재가 액정입니다. 이 때, 액정이란 Crystal liquid라는 의미로, 액체와 고체의 성질을 동시에 가지며 고체 결정의 규칙성과 유동성을 모두 지닌 물질을 의미합니다. 이 때, 전류의 특성을 받게 되면 액정은 고체의 결정 규칙성을 갖게 되고, 해당 특성을 활용하여 액정의 결정정도를 조절합니다.

액정이 디스플레이에서 사용되는 원리는 ‘빛의 방향성’ 입니다. 빛은 일반적으로 광원으로부터 모든 방향으로 퍼져나가는 특성이 있는데, 이 때, 광원에 일정한 방향성을 주고 액정을 통과하도록 하는 역할을 합니다.

일반적으로 편광판을 직각으로 배치하면 어떠한 빛도 통과하지 못합니다.

 

그림2.  편광판에 따른 빛의 투과도

 

이 때, 액정이 그 사이에 위치하면서 액정의 움직임에 따라 빛의 각도를 틀어 빛의 빛의 양을 조절할 수 있습니다. 그러나 해당구조는 빛의 양을 조절할 수 있으나 빛의 색을 결정하지는 못합니다.

 

3. LCD의 다양한 색 (RGB) 조절 방법 : 컬러필터

 

앞서 언급한 바와 같이 LCD의 BLU와 LC 구조는 빛의 양을 조절할 뿐 각각의 색을 조절하지는 못합니다. 때문에 각각의 픽셀의 색을 조절하기 위해서 컬러필터를 사용합니다. 컬러필터는 빛의 삼원색인 RGB를 사용합니다. 보통 3개의 컬러필터를 각각의 픽셀마다 배치를 하고, 액정과 편광판을 활용하여 빛의 양을 조절함으로써 색을 표현합니다. 이를 통해 RGB 색 뿐만 아니라 다양한 색을 구현합니다.

 

그림 3. 디스플레이의 색깔을 표현할 수 있는 컬러필터

 

4. LCD 구조의 한계와 플렉시블 디스플레이 폼팩터를 위한 연구방향 :
- 얇은 두께 및 발광 방식의 변화 필요성

 LCD 구조는 디스플레이 패널에서 약 600um 수준의 두꺼운 디스플레이 구조를 가지며, 발광을 위해 사용되는 액정구조로 인해 플렉시블 특성을 갖기에 불리합니다. 그 외에도 LCD 기술의 경우, 기술적으로 성숙도가 높아 생산효율은 뛰어나지만 기술적 접근성이 낮기 때문에 중국에서도 충분히 비슷한 수준의 LCD 디스플레이를 생산하고 있습니다. 때문에 기술적 집약도가 높은 플렉시블 디스플레이를 연구하기 위해서 많은 구조적, 소재적 변화가 형성되었습니다.

 

다른 분야에서는 좀 더 각각의 구조 및 소재가 연구되는 방향에 대해 설명을 하게 되지만, 본 분야에서는 추가로 연구되는 분야가 적은것으로 생각됩니다.

특히, 액정의 경우 디스플레이의 폼팩터가 변화함에 따라 연구에 대한 관심도가 많이 줄어든 것으로 생각됩니다. (본 글의 작성자가 해당 연구의 동향을 잘 모를 수도 있습니다. 참고 부탁드립니다.)

이에 따라 디스플레이 연구에서는 평면형 디스플레이에서 쓰였던 소재 및 공정 기반의 연구 방식과 플렉시블 디스플레이를 위해 쓰는 소재 및 공정, 연구 동향 기반으로 설명하고자 합니다.