1

[passive matrix]

전압을 가로방향, 세로방향으로 교차시켜 순차적으로 전압을 가하는 방식이다.

스캔라인과 데이터라인을 이용해 라인 별로 순차적으로 제어한다.

라인1이 켜지고, 꺼진뒤에 라인2가 켜지는 방식이다.

 

[active matrix]

트랜지스터와 캐패시터를 이용해서 스위칭제어한다. 

패시브매트릭스와 가장 큰 차이점은 각 픽셀별로 스위치 역할을 하는 tft 와 정보를 1 프레임동안 저장해주는 캐패시터가 존재한다는 것이다. 

패시브매트릭스와 다르게 1프레임동안 들어온 신호를 저장하여 다음 가로줄이 선택되어도 켜져있던 신호는 꺼지지 않고 1프레임동안 유지된다.

 

캐패시터에 charge되는 시간동안 하나의 라인에서 표시되는 화면은 꺼지지 않는다. 

라인 수(해상도)에 상관없이 하나의 화면을 표현하는데에 1/주파수 의 시간만 있으면 된다.

ppi가 높아짐에 따라 낮아지는 밝기를 보완할 수 있다.

ppi가 높아지면 소자의 크기가 작아지고, 하나의 픽셀에서 표현할 수 있는 밝기가 낮아진다. 

왜냐하면 픽셀 사이즈가 작아지면 트랜지스터 사이즈도 작아지고, W/L 값이 작아지는 것이므로 driving current 값도 낮아진다. 이 때문에 휘도가 낮아지는 것이다.

하지만 액티브 매트릭스는 재생시간이 패시브보다 길기 때문에 낮아진 밝기를 보완할 수 있다. 

 

패시브매트릭스를 사용했을 때 픽셀간의 간섭현상인 crosstalk이 발생하는데 액티브매트릭스 방식에서는 트랜지스터를 사용함으로써 스위칭제어를 하여 이 크로스톡 현상을 막을 수 있다.

 

 

[백라이트]

1. 램프 종류에 따른 분류 - CCFL, LED

백라이트에 들어가는 램프는 CCFL에서 LED로 바뀌었다. LCD 초기에 사용되면 CCFL 냉음극형광램프 는 소비전력이 높고 두께가 두꺼워서 디자인 제한 문제가 있다. LED는 휘도가 높아 화면이 밝고 선명도가 우수하다. 그리고 수명이 길면서도 소비전력이 낮아 경제적이다. 국내 LCD모니터 시장에서 CCFL 모니터 점유율이 1퍼센트 대까지 하락했다고 한다.

 

2. 장착 형태에 따른 분류 - 직하형, 엣지형

직하형은 패널 뒷면 전체에 LED를 균일하게 부착해 빛을 쏘는 형태이다.

엣지형은 LED를 가장자리에 둘러 부착하고 그 빛이 중앙까지 전방으로 반사하는 원리이다. 슬림한 디자인에 강점이 있다.

 

직하형도 1mm이하 두께를 구현하고 엣지형도 로컬디밍기술로 더 개선된 명암비를 구현한다. 

 

과거에는 CCFL같은 선광원을 면광원으로 바꿔 활용했다. 선광원에서 나오는 빛을 도광판을 통해 면으로 퍼뜨려준다.

요즘은 LED와 같은 점광원을 주로 사용한다. 

 

 

로컬디밍 local dimming

화면 분할 구동을 뜻한다. 백라이트를 다수의 영역으로 구분, 휘도를 영상 신호와 연계해 영상의 어두운 부분에 해당하는 영역은 백라이트를 끄거나 빛을 줄이고, 밝은 영역은 휘도를 높여줌으로써, 명암비 및 소비전력을 대폭 개선한 기술이다.

 

1000cd/sq.m을 넘나드는 강렬한 백라이트의 빛을 완벽하게 막을수가 없다. 로컬디밍은 블랙을 구현해야하는 영역의 빛을 아예 차단해버린다. 필요한 부분에만 빛을 쏘니까 더 효율적인 소비전력도 가져다 준다.

 

 

[백라이트구조]

 

 

램프 커버: 램프를 감싸주는 커버

램프: 백라이트 유닛에서 실제로 빛을 발하는 광원 (CCFL 또는 LED)

반사시트: 램프에서 발산되는 빛의 손실을 줄이는 시트

도광판: 램프의 빛을 받아 화면 크기에 맞게 전 영역에 빛을 균일하게 분포하는 판

확산시트: 도광판에서부터 빠져 나오는 빛을 다시 산란시켜 빛이 골고루 퍼지게 하는 시트

프리즘 시트: 초기 광원에서 출시된 광효율을 높여주는 시트. 측광(side light)을 정면광으로 바꾸고, 사방으로 퍼지는 광을 한데 모아 휘도를 상승시킴

 

백라이트 유닛은 실제 빛을 내는 램프, 빛의 손실을 줄이는 반사 시트, 화면 전 영역에 빛을 고르고 균일하게 분포시키는 도광판, 도광판에서 나온 빛을 산란시켜 골고루 퍼지게 하는 확산 시트, 광효율을 높여주는 프리즘 시트로 구성되어 있습니다.

백라이트에 사용하는 램프에는 여러 종류가 있습니다. LCD 초기에는 주로 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp 냉음극형광램프)을 사용하였으나 최근에는 LED(Light Emitting Diode: 발광다이오드)를 백라이트 유닛으로 사용하고 있습니다. LED는 얇은 두께와 높은 휘도로 선명한 화질을 가능케합니다.

 

 

 

[CRT] cathode ray tube

브라운관 tv로 최초의 디스플레이이다.

발광원리는 음극선관에서 뿜어져 나오는 전자가 화면의 형광체와 부딪혀 빛을 내는 원리이다. 전자가 형광체를 때리면 형광체 내부의 전자를 들뜬 상태로 만든다. 이 전자는 다시 그라운드 상태가 되면서 발광하게 된다.

전자가 전자총에 의해 발사되면 편향 요크에 의해 방향이 조절되고 원하는 형광체에 도달시킬 수 있게 된다.

원하지 않는 곳에 전자가 맞는 것을 방지하고 정확한 조준을 위해 섀도우마스크를 사용한다.

 

선명한 명암비, 시야각이 넓다는 장점도 있지만, 매우 두껍고 무거워서 대형 디스플레이에서 사용하기에 무리가 있다. 그리고 고전압으로 전자총을 동작시키기 때문에 위험하고 전력소모가 크고 발열문제도 심하다.

 

 

[LCD]

작동원리는 전계를 걸어주고 액정의 방향을 변화시켜서 빛의 양을 조절하며 작동한다. 

가격이 저렴하고 공정안정성이 높다.

단점은 contrast ratio가 낮아서 블랙을 표현하는데 불리하다.

백라이트가 필요하므로 플렉서블 디스플레이를 구현하기에 어렵다. 폼팩터 혁신이 어렵다.

컬러필터 동작 특성상 흡광 방식으로 동작하기 때문에 투과율이 낮고 광효율이 낮다

시야각 특성이 불리하다.

동영상 응답속도가 느리다

동작 온도 범위가 좁다.

 

1. TN모드

편광판이 서로 직교된 상태? 하부편광판부터 상부편광판까지 액정이 트위스트 되며 존재한다.

 

2. VA모드

tn모드 대비 시야각 특성을 개선했고 contrast ratio가 우수하다

단점은 응답속도가 느리고 투과율이 낮다는 점이다.

 

3. IPS모드

편광판이 서로 직교된 상태에서 액정은 수평으로 존재한다. 

수평전계를 사용한다.

전압의 여부에 따라 액정이 누워있는 상태에서 회전시키면서 빛의 양을 조절한다.

누워서 회전되기 때문에 시야각에 따른 휘도나 색상 변화가 적다는 장점이 있다.

하지만 빛을 완전히 차단하기 힘들기 때문에 contrast ratio가 좋지 않아 트루블랙을 만들기 어렵다.

 

 

[OLED] 

오엘이디는 유기물에 전기를 가해 발광하도록 하는 소자이다.

구조는 애노드-HIL-HTL-EML-ETL_EIL-캐소드 로 멀티레이어 스트럭쳐이다.

 

애노드는 홀을 주입해주기 위한 층이다. 홀을 잘 주입하기 위해서는 work function이 높은 물질을 사용해야하고

발광된 빛이 빠져나갈 수 있도록 투명해야한다. 따라서 두 조건을 만족하는 ITO 를 애노드 재료로 사용한다.

HIL은 애노드에서 주입된 홀이 들어오는 유기물 레이어로 HTL로의 원활한 주입을 돕는다.

HTL은 홀을 EML로 이동시키는 유기물 레이어이다. ETL 에서 EML로 이동한 전자가 넘어오는 것을 막는 역할도 한다.

캐소드는 전자를 주입해주기 위한 층이다. 전자를 잘 주입하기 위해서는 워크펑션이 낮은 물질을 사용해야하고 빛을 잘 반사시켜야 한다. 따라서 두 조건을 만족하는 알루미늄 같은 알칼리 금속을 캐소드 전극으로 사용한다.

캐소드는 nonpattern으로 쫙 깔아줘도 된다.

EIL은 캐소드에서 주입된 전자가 들어오는 유기물 레이어이다.

ETL은 전자를 EML로 이동시키는 유기물 레이어이다. HTL에서 EML로 이동한 정공이 넘어오는 것을 막는 역할도 한다.

EML은 애노드 층에서 주입되는 홀과 캐소드 층에서 주입되는 전자가 만나는 레이어이다. 전자와 홀이 결합하여 exiton의 형태로 짧게 존재하다가 이후 photon의 형태로 발광한다.

EML층도 패터닝이 필요하다. RGB 서브픽셀을 개별 증착해줘야하기 때문

 

워크펑션=페르미레벨과 진공레벨의 에너지 차이

 

멀티레이어 구조를 사용하는 이유는 발광 효율 증가를 위해서이다. 레이어 개수를 늘리면 각 레이어 간의 단차가 줄어들어 전자와 홀의 효율적인 이동을 도와주기 때문에 홀과 전자가 잘 만날 수 있도록 하고 결국은 발광효율을 높일 수 있게 되는 것이다.

 

LCD대비 장점은 백라이트가 필요없는 자체발광소자이므로 트루블랙을 표현하기 쉬워 contrast ratio가높다.

백라이트가 없으므로 폼팩터 혁신이 가능하며 플렉서블 디스플레이 롤러블 디스플레이 구현하기에 적합하다.

동작속도가 빠르다

단점은 유기물을 재료로 사용하기 때문에 번인 현상에 취약하고 장시간 사용하면 색의 변화가 생길 수 있고 수분과 산소 에 취약하다.