그림 1.6 컬러 TFT-LCD panel 구조 (직시형, 투과형)

  그림 1.6의 컬러 TFT-LCD의 구조를 보면, 형광램프에서 나온 빛이 반사 및 분산 장치에 의해 액정패널쪽으로 입사된다. 액정 패널은 두 개의 유리판 사이에 비틀림네마틱(TN)액정이 약 5μm 두께로 채워져 있으며, 빛이 입사된 쪽의 유리판 위에 TFT 및 ITO 화소와 액정배향층이 있고, 다른 쪽의 유리판 위에는 컬러필터와 액정배향층(폴리이미드)이 코팅되어 있다. 그리고 두 장의 유리판밖에는 편광판이 부착되어 있다. 

  컬러화상은 R(적색), G(녹색), B(청색) 세 종류의 컬러필터를 조합하여 얻어진다. R,G,B 세 개의 화소가 모여서 한 개의 컬러화소를 이루며, TFT는 R, G, B 화소에 각각 연결되어 있기 때문에 SVGA(800×600) 화면 구성의 경우 3×480,000개의 TFT가 필요하다. 

  TFT-LCD는 입사된 빛의 3∼10%만 투과하는 매우 비효율적인 광변조기이다. 두 장의 편광판의 투과도 45%, 유리 두장의 투과도 94%, TFT 어레이 및 화소의 투과도 65%, 컬러필터의 투과도를 27%라 두고 계산하면 TFT-LCD의 광투과도는 약 7.4%이다. 현재 생산되는 12.1인치급의 광투과도는 5∼8%이다. 그림 1.7은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 것이다. 백라이트에서 나온 빛이 후면 편광판, TFT기판, 컬러필터 및 전면 편광판을 투과하면 그 세기가 10% 이하로 떨어진다. 



그림 1.7 TFT-LCD 백라이트에서 나온 빛이 각층을 통과할때의 투과도



1.4.1 Backlight 및 편광판 

  Backlight unit은 그림 1.8과 같이 램프, 반사판, 도광판, 확산판과 프리즘판으로 구성되어 있다. 램프는 CCFT(Cold Cathode Fluorenscence Tube), HCFT(Hot Cathode Fluorenscence Tube)로 구분되며, 반사판은 빛의 반사각을 변화시킨다. 빛은 도광판을 거쳐서 균일성을 확보해 주는 확산판을 지나서, 프리즘을 통해서 평면으로 나가게 된다. 그림 1.9는 편광 필름의 구조를 보여주고 있다. 여러층으로 구성이 되며 입사광을 편광시키는 고분자 편광물질을 중심으로 지지체 TAC(tri-acetyl-cellulose)를 편광물질의 양쪽에 사용하고 접착층은 편광 필름을 글라스 표면에 접착시키기 위하여 사용한다. 그리고 상측 표면에는 저반사층인 AG(Anti-Glane) 혹은 AR(Anti-Reflection) coating층과 보호막이 있다. 


1.4.2 유리 (Glass) 

  LCD에서 사용되는 유리는 무알카리 특성이 되어야 한다. 이는 유리판에서 alkali 이온이 액정 셀중에 용출되면 액정 비저항이 저하되어 표시 특성이 변하게 되고, seal부에서는 sealant의 유리와의 부착력을 저하시키고, TFT의 동작에 악영향을 주기 때문이다. 350℃ 이상의 온도을 견디며 산과 염기에 견딜 수 있는 TFT-LCD용 기판재료는 fusion 공법으로 제작된 유리가 사용되고 있다. 유리판 표면의 불량은 얼룩, 긁힘, 표면의 불균일, 휘어짐, 그리고 물결침 등이 있으며, 이러한 문제점은 TFT-LCD 제조에 있어서 중요하다. 

  TFT-LCD를 제조하기 위해서는 유리판 위에 Al, Cr, ITO, SiNx 등의 박막을 형성해야 하는데, 박막과 유리판 사이의 부착력이 문제가 된다. 유리판와 막사이의 부착력은 유리판 표면의 청결도에 크게 좌우된다. 유리판과 세정에는 아세톤, 초순수, 초음파세척 등의 다양한 방법을 사용한다. 


1.4.3 TFT 기판 



그림 1.10 TFT-LCD의 TFT 어레이 기판 

  그림 1.10은 TFT-LCD의 TFT 어레이 기판의 모식도이다. TFT는 일반적으로 화소 하나에 하나씩 존재하며, 화소에 필요한 데이타를 데이터 라인에서 화소로 입력하는 스위치 역할을 하며, 게이트 라인에 문턱전압보다 높은 전압이 인가되면 turn-on이 된다. 데이터 라인은 일반적으로 패널의 수직 방향으로 위치하며. 구동 IC에서 출력된 데이터 전압을 화소까지 전달한다. 라인 하나에 수직 해상도에 해당하는 수의 화소가 부착돼 있다. 게이트 라인은 데이터 라인과는 달리 수평방향으로 위치하며, 게이트 IC에서 순차적으로 신호를 출력한다. 컬러 TFT-LCD의 경우에는 컬러를 표시하기 위하여 라인 하나에 수평 해상도의 3배에 해당하는 수의 화소가 존재한다. 


1.4.4 LC (Liquid Crystal) 

  액정 분자 길이방향의 축이 전극 면에 평행이 되도록 배향 처리한 2매의 투명전극상에 90°각도를 가지도록 셀을 구성하고, 여기에 nematic 액정을 주입하면 한쪽 전극으로부터 다른 한쪽 전극을 향하여 액정의 분자 길이 축이 연속적으로 90°twist된 배열상태를 이루는데 이를 twisted nematic(TN) 액정이라 한다. 

  Nematic 액정은 그 분자 위치의 규칙성은 없지만 분자축을 전제로 한 방향의 질서를 가지고 있다. 액정 분자는 길이가 수십 Å이고 폭이 수 Å이 되는 구조를 가지고 있으며, nematic 액정에서 분자의 방향은 위, 아래가 거의 동등하기 때문에 분극이 상쇄되어 일반적으로 강유전성을 나타내지는 않는다. 액정의 분자구조에서 분자의 축방향과 직각 방향이 물리적 성질이 매우 다르다. 따라서 액정은 광학적 이방성을 가지는 물질이다. 축방향에 평행인 유전률이 ε〃이고 축방향에 직각인 유전률은 ε⊥ 이라고 할 때 Δε=ε〃 -ε⊥> 0은 p(positive) 형 액정이고 Δε=ε〃 -ε⊥< 0은 n(negative) 형 액정이다. 일반적으로 p형 액정은10≤Δε≤20이고 n형 액정은 -1≤Δε≤-2 정도의 값을 가진다.

1.4.5 컬러 필터 기판 



그림 1.11 컬러 필터의 투과 특성 및 backlight에서 방출된 빛의 스펙트럼 

  그림 1.11은 컬러 필터의 투과 특성 및 backlight에서 방출된 빛의 스펙트럼을 나타낸다. 빛이 컬러 필터를 통과시 파장에 따라 투과도가 상이하다. 그러나 램프의 스펙트럼 때문에 컬러 필터를 통과한 R,G,B 빛의 세기가 비슷하게 된다. 


1.4.6 Driver IC / Controller / TAB 

  표면실장기술(SMT :Surface Mount Technology)은 기판의 단면 혹은 양면위에 전자 부품을 접합하여 전기적으로 도통되도록 회로를 구성할 때 적용되는 접합기술을 총칭한다. TFT-LCD 모듈은 패널과 이를 구동시켜 표시동작을 실행하기위한 부분 부품인 구동회로 PCB와 backlight용 광학 장치 및 기구적인 부품이 모여서 이루어진다. 액정 구동용 IC를 탑재한 flexible PCB 또는 IC Chip 자체를 어떠한 방법으로 연결시키는 가에 따라 여러종류의 접합기술이 있다. 베어칩을 실장하는 주요한 방식은 다음의 세가지가 있다. 

  와이어본딩(Wire Bonding) 방식과 TAB(Tape Automated Bonding)방식, 그리고 Flip Chip Bonding방식이 있다. 그림 1.12는 현재 노트북용 TFT-LCD 제작에 사용된 TAB방식의 모식도이다. 


그림 1.12 TAB(Tape Automated Bonding)방식의 실장기술