<4C434420C7A5C1D8BFEBBEEEC7D8BCB3C1FD2E687770>

Transcription

1 목차 1. 일반용어 1. 강유전성액정 (ferroelectric liquid crystal) 공통배선 (Common bus line) 공통전극 (common electrode) 광축 (optic axis) 광학적문턱전압 (optical threshold voltage) 광학적포화전압 (optical saturation voltage) 구동영역 (active area) 기억효과 (storage effect) 기판 (substrate) 꺼짐응답시간 (turn-off time) 꼬인네마틱구조 (twisted nematic structure) 꼬인네마틱액정 (twisted nematic liquid crystal [TN]) 꼬임각 (twist angle) 네마틱상 (nematic phase) 노멀리블랙 ( 모드 )(normally black(mode)) 노멀리화이트 ( 모드 )(normally white(mode)) 논러빙 (Non-Rubbing) 능동구동-어드레스디스플레이 (active matrix-addressed display) 다색표시장치 (multicolour display) 다중구동 (multiplex driving) 도광판 (light guide plate) 도메인 (domain) 동일층전극구조 (Same Laid electroed sturuture) 8 2 1

2 LCD 표준용어해설집 24. 드라이버 (driver) 러빙각 (rubbing angle with respect to electrode direction) 러빙축 / 러빙방향 (rubbing axis/rubbing direction) 매트릭스디스플레이 (matrix display) 매트릭스어드레싱 (matrix addressing) 무라 / 색채불균일 (mura/chrominance non-uniformity) 문자-숫자디스플레이 (alphanumeric display) FFS 모드 or 모서리전계수위칭모드 (Fringe Field Switching Mode) 두께방향위상지연값 (Rth) 긁힘결함 (scratch defect) 동적산란 (dynamic scattering) 다중구동 (multiplex driving) 고분자분산형액정 (Polymer Dispersed Liquid Crystal) 게스트- 호스트효과 (Guest-Host Effect) 나선피치 / 카이랄피치 (helical pitch/chiral pitch) 개구율 (aperture ratio) 대조 (contrast)(iev ) 대조비 (contrast ratio) 경사결함 (Disclination: 전경 ) TFD [Thin Film Diode] TFT [Thin Film Transistor] AFLC [Anti-Ferroelectric liquid crystal] Reflector 반사형디스플레이 [Reflective Display] 반투과디스플레이 (transflective display) 반투과판 (transflector) 발광디스플레이 (emissive display) 방향자 (director) 배향막 (alignment layer) 1 5 2

3 목차 53. 백라이트 (backlight) 밴드스테이트 (Bend State) ~56. 보상필름 (Compensation Film) 봉지층 (Sealing Layer) 블락 (Blocks) 블랙메트릭스 (Black Matrix(BM)) 빗살모양전극 (Fingers Shape Electrode) 상승시간 (Rise time) 상전이 (Phase transition) 서브픽셀 / 도트 (Subpixel/dot) 선결함 (Line defect) 선경사각 (pretilt angle) 설계시야각 (designed viewing direction) 세그먼트전극 (segment electrode) 세그먼트표시장치 (segment display) 세그먼트 (Segment) Cell Gap Passive Matrix(Addressed) Display 수직배향 (homeotropic alignment) 수평배향 (planar alignment) 쉐브론 (chevron) 전극 스메틱상 (SMECTIC PHASE) 스토리지커패시터 (Storage Capacitor(Cst)) 스페이서 (spacer) Splay state( 스플레이상태 ) System on Glass(SOG, 시스템온글라스 ) Viewing Direction/Viewing Angle( 시야각 ) gamma deviation of viewing angle( 시야각감마변동량 ) 시야각범위 (viewing angle range) 시야각영역 (viewing angle area) 4 7 3

4 LCD 표준용어해설집 84. 시야각크로스토크 (Viewing Angle Crosstalk) 액정 (liquid crystal) 액정셀 (liquid crystal cell) 액정표시장치 (liquid crystal display device) 어드레싱 (addressing) 얼룩 (stain) 오버코트 (Overcoat(OC)) 오씨비모드 (OCB mode) 용이축 (easy axis) 우위시야각 (preferred viewing direction) 원판상액정 위상차필름 (retardation film) 유기블랙매트릭스 (Organic Black matrix) 유기절연막 유효개구율 (Effective aperture ratio) 응답시간 (response time) 순환주기 (duty cycle) 순환비 (Duty ratio) 이미지극성 (image polarity) 이상층전극구조 (Different Laid electroed Structure) 이색성색소 (dichroic dye) 이완시간 (relaxation time) 일시잔상 (after image) 임계전압 (critical voltage) 잔상 (image sticking) 전경 (disclination) 전극층 (electrode layer) 전기-광학적특성 (electro-optic chracteristic) 전압유지율 (voltage holding ratio) 전압제어복굴절 (electrically controlled birefringence) 3 9 4

5 목차 114. 전이 (transition) 점결함 (point defect) 정렬불일치 (Miss-Align) 정적구동 (static driving) 조직 (Texture) 주사선 (Scanning Line) 주사전극 (scanning electrode) 중간계조 (grey scale) 지지판 (support plate) 직사광방법 (direct (light) beam method) 직접어드레싱 (direct adderssing) 직하형백라이트 (direct backlight) 초 ( 超 ) 꼬인네마틱액정 (super twisted nematic liquid crystal [STN]) 최외곽공통전극 (Peripheral common electrode) 측면색재현성 측면광원 (edge light/side light) 카이랄상 (chiral phase) 컬러필터 (colour filter) 켜짐응답시간 (turn-on time) 콜레스테릭상 (cholesteric phase) 크로스토크 (cross-talk/cross modulation) 테이프캐리어패키지 (tape carrier package) 투과디스플레이 (transmissive display) 투과율 (transmittance ratio) 투명전도성층 / 투명전극 (transparent conductive layer/transparent electrode) 투명점 (clearing point) 투영표시장치 (projection display) 파이셀 (pi(π) cell) 106 5

6 LCD 표준용어해설집 142. 패턴드수직배양모드 (PVA mode) 편광자 (polarizer) 프레임주파수 (frame frequency) 프레임비조절 (frame rate control) 프린지전기장 (Fringe Field) 핀홀 (pinhole) 하강시간 (fall time) 화면깜박임 (flicker) 화소전극 / 신호전극 (data electrode/signal electrode) 화소 (pixel) 확산광방법 (diffused light (beam) method) 확산판 (diffusing plate/diffuser) 회로 ( 구동 ) 전압 (logic (drive) voltage) 후방투영표시장치 (rear projection display) 휘도반치각 (Half luminance angle) 흑백디스플레이 (monochrome display) FFS 모드 or 모서리전계수위칭모드 (Fringe Field Switching Mode) IPS ITO 전극간격 LCD 모듈 (liquid crystal display module) LCD 제어기 (LCD controller) LCD셀 (liquid crystal display cell) V-T 스티프니스 (V-T Steepness) 액정구동 (addressing technology for LCDs) 1. 수동매트릭스구동방식 (Passive matrix addressing schemes)

7 목차 1-1. 각종 LCD 수동매트릭스구동방식 (passive matrix addressing technologies of various LCDs) 실효치의존성 (rms-responding characteristics) 매트릭스구동및선순차주사 (matrix addressing and one line at a time) 크로스토크 (Crosstalk) /2 바이어스, 1/3 바이어스구동 (1/2 selection, 1/3 selection method) 전압평균화법 (1: a amplitude selection method) 전압평균화법최적구동조건 (maximizing condition of driving voltage ratio for 1: a amplitude selection) 전압평균화법의구동파형 (driving waveforms for 1: a amplitude selection) 이주파구동법 (dual-frequency driving scheme) 중간계조표시법 (modulation for displaying half-tone images) 펄스폭변조 (PWM) 방식 (Pulse Width Modulation) 화면비율조절방식 (Frame Rate Control scheme) 진폭변조 (AM) 방식 (amplitude Modulation scheme) 펄스높이변조방식 (Pulse Height Modulation scheme) 전압 / 펄스폭변조방식 (Amplitude and Pulse Width Modulation scheme) 능동매트릭스구동방식 (active matrix addressing scheme) 각종능동매트릭스 LCD방식 (various active matrix LCDs) 다이오드방식 (diode matrix scheme) 더블다이오드방식 (double diode matrix scheme) 더블 Threshold 방식, MIM방식 (double-threshold device matrix scheme and Metal-Insulator-Metal matrix scheme) TFT방식 (TFT matrix scheme) 화면반전구동법 (Frame-reversal drive scheme)

8 LCD 표준용어해설집 2-7. 행반전구동법 (line-reversal drive scheme) 점반전구동법 (dot-reversal drive scheme) TFT-LCD 계조표시방식 (half tone modulation for TFT-LCDs) 오버드라이브방식 (overdrive scheme) Thin Film Transistor (TFT) Array Design 1. Array Glass and Panel Panel 구성 구동 mode TFT 제조공정과 Layer 특성 Design Array and Unit pixel 구성 등가회로구성 설계요소 TFT와 Storage 평면설계구조 Resolution Kick-back Voltage( Vp) Gray scale Gamma Reference Flicker 응답속도 (OCB mode)

9 목차 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 1. Poly-Si TFT Poly-Si TFT 구동능력 System-on-panel(SOP) Poly-Si TFT Process(CMOS) 결정화 비정질 silicon Eximer Laser Laser Crystallization Process ELA 결정화 FEMIC 결정화 Doping Poly-Si Doping Process Ion doping 장비 Thin Film Transistor (TFT) Process 1. Cleaning process Wet cleaning Brush 세정 Jet/Cavitation/Megasonic 세정 UV/IR Cleaning Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD) PECVD Layer 별특성 169 9

10 LCD 표준용어해설집 3. Sputtering Sputter Target Photolithography Photo Photoresist Coating Baking Align and Exposure Development Dry etch Dry etch and Plasma Dry etch Mechanism Mode별특성 Wet etch Wet etch PR Strip 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 1. 배향막형성공정 배향막도포공정 배향막도포장치 배향막소성공정 (Alignment Layer Baking Process) 소성노 (Curing Oven) 배향 (Rubbing) 처리 (Alignment Layer treatment (rubbing) process) 러빙장치 (Rubbing system)

11 목차 8. 배향후세정공정 (Post-alignment cleaning process) 광배향기술 (Optical alignment technology) 실패턴형성공정 (Seal Pattern fabrication process) 씰인쇄기 (Seal printing system of realing/dispenser system) 씰가건조공정 (Pre-seal baking process) 기판간도통형성공정 (Common transfer fabrication process) 스페이스산포공정 (Spacer splaying process) 스페이스산포장치 (Spacer splaying system) 주상구조스페이스기술 (Pillar spacer technology) 기판조정공정 (Panel alignment process) 접합장치 (Panel Assembly System) 실 (Seal) 경화장치 (Seal material curing system) 열경화형실경화장치 (post-baking system for heat curing seal material) 자외선경화형실경화장치 (Post-baking system for UV curing seal matrial) 판넬분단공정 (Panel breaking process) 스크라이빙공정 (Scribing process) 스크라이버 (scriber) 기판반전장치 분단공정 (breaking process) 분단장치 (breaking system) 액정주입. 봉합공정 (LC filling. End-sealing process) 액정주입공정 (1) (LC filling process(1) 액정주입공정 (2) LC filling process(2) 액정주입장치 (LC filling system) 액정주입구봉합공정 (end-dealing process) 액정주입구봉합장치.(end-sealing system) 패널세정공정 (panel cleaning process) 면취 ( 연마 ) 공정 (panel beveling process)

12 LCD 표준용어해설집 36. 면취 ( 연마 ) 장치 (panel beveling system) 글래스절단장치 (scribing & breaking system) 유리조각제거공정 (cullet removing process) 패널최종세정공정 (panel final-cleaning process) 편광판부착장치 ( polarizer sticking system) Backlight Unit(BLU) 1. CCFL( 냉음극형광램프 : Cold Cathode Fluorescent Lamp) EEFL( 외부전극형광램프 : External Electrode Fluorescent Lamp) LED( 발광다이오드 : Lighting Emitting Diode) BLU 인버터 (Inverter) SMPS(Switching Mode Power Supply) HALT(Highly Accelerated Life Test) HASS(Highly Accelerated Stress Screening) LVDS(Low Voltage Differential Signalling) TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) RSDS(Reduced Swing Differential Signaling) Dimming 방식 도광판 (light guide plate) Reflector 직하형백라이트 (direct backlight) 측면광원 (edge light/side light) 확산판 (diffusing plate/diffuser) 52 2 INDEX

13 LCD 표준용어해설집

14

15 1. 일반용어 1. 강유전성액정 (ferroelectric liquid crystal) 액정분자가내부에영구쌍극자를가지고있어자발적인전기분극 (Polarization) 을형성할때의액정을말한다. 영구쌍극자는 chiral part 를포함한액정분자가특별한대칭깨짐 ( 여기서는거울대칭 ) 을가진경우형성된다. 쌍극자가모여형성되는분극은대칭성으로인해액정분자장축방향에수직한방향으로형성된다. 강유전적특성은층구조를가진 Smectic 상중에서층에대해일정방향으로기울어진 SmC 상의경우에서나타나고이것을 SmC* 상이라한다. 이것은층내에서액정이기울어질때내부에너지를최소화하는방향으로배열하기때문에나타난다. 하지만, 일반적으로층을따라액정의방향자가회전하는 Chiral pitch 를가지고있어거시적인자발분극은 0이된다. 이렇게형성된분극은외부전기장과직접상호작용을하므로빠른동작특성을갖고있다. 그러나디스플레이에응용하고자할때는배향특 15

16 LCD 표준용어해설집 성상쌍안정성을보임으로인해서계조 (gray scale) 을얻기가힘들고균일한배향을얻기가힘들며외부충격이배향이쉽게깨지는단점이있다. 이러한단점을극복하기위하여다양한종류의강유전성액정분자의합성이나배향방법들이개발되고있다. 2. 공통배선 (Common bus line) 하판의독립된각화소전극에원하는전압을공급하고자할때화소마다독립된배선을설치하기는곤란하다. 이에같은열혹은행에속하는화소를하나의배선으로묶고, 원하는전압에대한정보를열과행쪽배선에서동시에내보내면두신호가교차하는원했던특정화소에만전압이형성되게된다. 이렇듯각각의행과열에대하여공통으로사용되는배선을공통배선 (Common bus line) 이라하고열쪽은게이트배선, 행쪽은데이터배선이라한다. SXGA 급모니터는 ( 가로 세로 ) 의화소를가지게되고행방향으로 1280 개의데이터공통배선을열방향으로 1024개의게이트공통배선을갖는다. 16

17 1. 일반용어 3. 공통전극 (common electrode) 액정의구동은상판과하판사이의전압차이에의해이루어지는데보통상판의경우는아래하판이각화소마다독립된전극을가지는것과는달리전체가하나의전극으로이루어져있고항상일정한기준전압을유지하고있다. 이상판전극을공통전극 (Common electrode) 라부른다. 즉, 액정의구동은아래독립된화소전극의전압을바꿈으로서공통전극과의전압차에의해서가능한것이다. 4. 광축 (optic axis) 등방결정 (Crystal) 을제외한방향성을가진결정을빛이통과할때그편광상태가변하지않은특정한방향을광축이라한다. 이것은결정을이루는분자혹은원자의배열구조에따라진행하는빛이갖는매질내의서의굴절률특성이이방향에따라차이나기때문이다. 복굴절이대표적인예가되는데복굴절매질에입사되는빛의두진동성분 (s, p 파 ) 이서로다른굴절률을느끼게되어전파속도및위상, 굴절각등이변하게 17

18 LCD 표준용어해설집 되는것이다. 그러나복굴절매질이라도특정한방향으로빛을입사한경우에는복굴절을형성하지않는다. 즉, 이방향으로진행하는빛의 s, p파는동일한굴절률특성을느끼게되는것이다. 매질이단하나의광축을가지면단축성 (uniaxial), 두개인경우가쌍축성 (biaxial) 물질이라한다. 이것은물질이가질수있는고유한세굴절률값에의해결정되는데세값이모두같으면따로정해진광축이없고어느방향으로빛이들어와도전기-광특성의변화가없다 (ex; 일반적인유리 ). 세굴절률값중 2개가같고하나가다르면단축성, 셋모두다르면쌍축성으로분류된다. 액정의경우는대부분단축성으로분류되며액정분자의장축방향이광축이되는데장축방향으로진행하는빛의두성분이느끼는굴절률의차이는없다. 만약, 장축에수직인단축의어느방향으로빛이진행하면진동하는두빛의성분 ( 장축과평행하게진동하는성분과단축과평행하게진동하는성분 ) 은서로다른굴절률을느끼게되어전파속도, 위상, 굴절각등이다르게된다. 5. 광학적문턱전압 (optical threshold voltage) 제작된액정셀에전압을인가하여나타나는휘도의변화가변화가능한전체휘도변화량의 10% 가되는때의구동전압을말한다. 이것은액정이전자기적변화를일으킬수있는최소임계값에해당하는프레데릭츠전이 (Freedericksz transition) 와는다른개념으로디스플레이소자에대한상호의사소통을위해어떤량을정량적으로기술하기위해도입한기술적 (technical) 정의이다. 이값은계의구성방법에따라변하할수있는요소로특히액정셀과같이휘도의정량적계산에서삼각함수를포함하는경우에는변화가많을수있다. 18

19 1. 일반용어 < 광학적문턱전압과포화전압 > 6. 광학적포화전압 (optical saturation voltage) 제작된액정셀에전압을인가하여나타나는휘도의변화가변화가능한전체휘도변화량의 90% 가되는때의구동전압을말한다. 7. 구동영역 (active area) 디스플레이패널은드라이버 (driver) 와연결하는리드선과정전방지를위한 ESD(electric static discharge) 회로, 상판공통전극연결부, repair 선, seal 영역등을포함하는주변영역과이것을제외하고셀제사람의눈으로들어오는정보를구현하는영역으로구성된다. 구동영역이란후자의부분만을말하며화소의 2차원배열로이루어져있고각화소는각각 R, G, B를나타내는 sub pixel 혹은 dot 로구성되어있다. 예를들어 SXGA급 17" 모니터의경우해상도가 ( 가로 세로 ) 개의화소로구성되어있는데이화소들이차지하는영역이구동영역이되며그대각선의길이가 17" 가된다. 19

20 LCD 표준용어해설집 8. 기억효과 (storage effect) 디스플레이화면은화소의 2차원배열로구성되어있고한열 (row) 씩순차적으로선택하여켜지며전체가한번켜지면한프레임이된다. 한열이선택될때나머지다른열은비선택상태가유지되어야만하는데, 한프레임내에서의비선택동안에도각화소는현재의켜짐상태 ( 밝기 ) 를유지한다. 이것은 TFT 를갖는소자의경우에있어비선택기간에큰내부저항값을갖고액정의유전율에의한충전효과에의해긴방전시간을갖게되고그동안화소에는전압이걸린상태 ( 켜짐상태 ) 를유지하게된다. 이러한현상을기억효과 (storage effect) 라한다. 그러나이때내부전압은서서히방전되기때문에일정한전압을유지하지는못하는문제점이발생한다. 이것이해결하기위해각화소에큰 storage capacitor 를달아주어일정한전압을유지할수있게해준다. 9. 기판 (substrate) 전기회로가형성되어있는판. 절연기판표면에도체패턴을형성할수있는절연재료를말하며프린트 배선판및절연기판을총칭한다. 이것은기판의위또는내부에임의의회로소자를구성하거나구성할수있는물체를말한다. 액정셀에서는액정셀의기계적구조를형성하는몇개의층 ( 전극, 봉지, 표면배향층 ) 으로덮인투명한유리나플라스틱판을의미한다. 10. 꺼짐응답시간 (turn-off time) 전압이걸린휘도상태를기준으로전압을꺼휘도가변할때, 전압을 20

21 1. 일반용어 끈순간부터전체휘도의 90% 가변하는순간까지의시간을말한다. 이것은공학적꺼짐 (Off) 응답시간인 10% 에서 90% 까지변하는시간 (=t10%-t90%) 에끈순간부터 10% 까지의변화에해당하는시간 (=t90%-toff) 을더해준값이다. 일반적인 TN 액정디스플레이가흑색바탕모드 (NW mode) 인경우에는꺼짐상태가휘도가가장낮은상태이므로전압이걸려있는밝은상태에서전압을끈순간부터휘도가전체의 10% 가되는순간까지의시간이꺼짐응답시간이되겠고, 반대로흑색바탕모드 (NB mode) 에서는밝은상태에서부터 90% 휘도를나타내는순간까지의시간이되겠다. < 흑색바탕모드 (NB Mode) 에서의 Turn off 시투과율의그래프 > 11. 꼬인네마틱구조 (twisted nematic structure) 액정장축과수직한방향으로위치를이동하면서액정방향자의변화를볼때그방향자의방향이틀어져꼬여있는구조를말한다. 이러한구조는액정분자의분자특성에기인한경우 (cholesteric 액정 ) 가있고외부에서인위적으로꼬아준경우도있다. 인위적으로꼬아주는구조는현재액정디스플레이에가장보편적으로사용되고있는방법중하나이 21

22 LCD 표준용어해설집 다. 이것은상하기판의배향표면에서액정이다른방향으로향하도록인위적으로만들어주면그사이에있는액정은내부에너지를최소화하기위해꼬인구조를형성하도록하는방법이다. < 꼬인네마틱구조 > 12. 꼬인네마틱액정 (twisted nematic liquid crystal [TN]) 꼬인네마틱구조를형성하는액정으로 cholesteric 액정이보편적이다. 액정분자가 chiral part 를갖고있으므로꼬이는특성을보이고배향을했을때쌍안정성을가지는특성이있다. 13. 꼬임각 (twist angle) 꼬인네마틱셀의위쪽방향자 (Director) 과아래쪽방향자 (Director) 을한평면에투영시켰을경우그사이의액정방향자 (Director) 가꼬여있는각. 예 TN 의꼬임각 = 90 도, STN 의꼬임각 = 270 도 22

23 1. 일반용어 14. 네마틱상 (nematic phase) 액정이이루는상의한종류로등방상 ( 순수액체상태 ) 바로아래위치한다. 특징은액체와유사한유동성을보여인접한액정분자간의위치가고정되어있지는않다. 그러나그들간의상호작용은존재하여방향성을가지게방향자가정의되고유전율, 자화율, 굴절률등의전기광학적특성들에대해이방성을형성한다. 즉, 액정분자간위치질서는존재하지않으나방향질서는존재하는액정상이다. 네마틱액정이갖는이방성을이용한것이네마틱액정디스플레이다. 즉, 전기적이방성에의해외부에서인가해준전기장 ( 혹은전압 ) 에반응하여액정분자가전기장의방향에평행혹은수직하게나열될때액정을통과하는빛의편광이변하는성질을이용한것이네마틱액정디스플레이다. 만약액정분자가위치질서까지가지는경우는스멕틱상으로불리며네마틱상보다유동성이작고층구조를이루는특징이있다. 네마틱상 스멕틱상 15. 노멀리블랙 ( 모드 )(normally black(mode)) 흑색바탕 ( 모드 ) 라고도한다. 제작된액정패널에빛이입사되지않았을경우빛이차단되어휘도가최저가되고문턱전압을넘어서면빛이 23

24 LCD 표준용어해설집 투과되는모드이다. 꼬인네마틱액정모드로제작된액정패널에서상하편광판 ( 이서로평행한방향을이루고있는경우아래편광판을통과해편광된빛이액정층을통과하면서편광방향이 90 도틀어진상태가되면위편광판 ( 검광판 : 최종으로빛이투과되는편광판 ) 의투과축에수직한방향이되어빛이차단되는모드이다. 16. 노멀리화이트 ( 모드 )(normally white(mode)) 백색바탕 ( 모드 ) 라고도한다. 노멀리블랙모드와는반대로전압이인가되지않았을경우빛이투과하여최대휘도를가지는모드를말한다. 17. 논러빙 (Non-Rubbing) 액정을배향하기위한배향표면을처리할때러빙과같은역학적방법을사용하지않는경우를말한다. 대표적인예로광배향을들수있는데이것은빛을조사하여배향막의분자특성을조절하여배향하는방법이다. 이외에도이온빔을조사하여분자구조를변화시키는방법, PVA 모드처럼전극을특별한모양으로식각하여슬릿을형성하는방법등이있다. 이처럼논러빙을이용한액정배향방법이연구되고있는것은러 24

25 1. 일반용어 빙시발생하는정전기나먼지등이액정의결함으로작용하기때문이다. 18. 능동구동 - 어드레스디스플레이 (active matrix-addressed display) 각화소가적어도하나의스위칭엘리먼트 ( 다이오드나트랜지스터 ) 를가지는구동어드레스디스플레이로서, 수동구동의경우는두전극이서로교차하는영역이화소가되고전극에전압이걸림으로써구동되는방식인데반해능동구동방식에서는각화소를선택적으로작동시키므로 passive 방식이갖는 cross-talk 현상이없고정확한전압을줄수있어더선명한상을얻을수있는장점이있다. 19. 다색표시장치 (multicolour display) 일반적인다색표시장치는하나의화소를세부분으로나누어 sub pixel 혹은 dot 를형성하고각각을빛의삼원색-빨강 (R), 초록 (G), 파랑 (B)- 을나타내도록되어있다. 각각의색은그색에해당하는색필터 25

26 LCD 표준용어해설집 (color filter) 로 R, G, B의특정색만을투과하게한다. 액정디스플레이의경우구동전압을변화시켜투과되는빛의량을조절함으로서 R, G, B의밝기를조절할수있다. 표현가능한색의수는 R,G,B 각각이표현할수있는밝기의등급수를곱하면된다. 20. 다중구동 (multiplex driving) 행의모든화소가함께연결되고열의모든화소가함께연결된형태의구성에서첫번째세트의픽셀그룹들이한프레임에서연속적으로선택되고두번째세트에서디스플레이되는패턴에의해선택되어지는구동방법. 전형적인예는동시에한줄이선택되는열과행으로교차되는전극을가진형태로구동되는셀이다. 이러한형태의구동방식에서액정디스플레이는전극의한면에행이연결되어있고다른한면에열이연결되어있으면서그사이에액정물질이위치하게된다. 21. 도광판 (light guide plate) 26

27 1. 일반용어 광원으로부터제공되는빛을구동영역으로인도하는역할을하는얇고투명한판으로입사된빛을유도하여구성된패턴에균일하게분포시키는기능을하며 TFT-LCD 로된제품의부품으로사용된다. 광원인 CCFL 은보통패널의가장자리에위치하게되는데이로인해빛이전면적에걸쳐균일하게투과하지않고가장자리가더밝은경향을띄게된다. 이를전면으로균일하게투과시키기위해도광판을사용한다. 도광판의재질은보통투명아크릴수지로강도가높아깨지거나변형이적으며, 가볍고가시광선투과율이높은것이특징이다. 도광판전체가빛을균일하게투사시켜주도록뒷면에특별한처리를하여빛의난반사를유도한다. CCFL 로부터거리등을고려해서설계된모양대로패턴처리를한다. 패턴처리를하고나면양끝단만밝았던도광판이전면에서균일한빛을발하게된다. < 도광판 > 22. 도메인 (domain) 동일한액정 cell 내에서액정방향자의배향이일정하거나연속적으로변화되는영역을말한다. 이러한영역은동일 cell 내에서하나또는여러구간이존재할수있지만가장이상적인디스플레이를구현하기위해서하나의영역으로액정방향자가배열되어야한다. 동일 cell 내에복수의 27

28 LCD 표준용어해설집 영역이존재하면영역사이에서액정방향자가불연속적으로변하는구간이형성되며, 액정배열을조절할수없는상태로존재하여 black matrix 로덮어준다. 23. 동일층전극구조 (Same Laid electroed sturuture) 화소전극과공통전극이동일층에존재하는구조이다. TN(Twsited Nematic) 이나 VA(Vertically Aligned Nematic) 액정모드가상판이공통전극을하판이화소전극을갖고있는구조와는다르게화소전극과공통전극이동일층에존재하는구조로서IPS(In-Plane Switching) 와 FFS(Fringe Field Switching) 액정모드가이러한구조를사용한다. 동일층전극구조에서는전극의폭 (w) 과전극간의간격 (l) 에따라액정셀의구동전압및투과율특성이달라지며 w, l 의설계가액정소자의특성을좌우하는중요한요인이된다. 24. 드라이버 (driver) 2차원배열로이루어진디스플레이화면의특정화소에원하는전압을공급하기위해사용되는 IC chip 을말한다. 드라이버 IC 는 gate 쪽 (row) 과 source 쪽 (column) 의것으로나뉘며각각 Controller 로부터위치와전압에대한정보및동작을지시받아작동하게된다. gate 드라이버는하나의전압값만갖고있으며한열 (row) 씩순차적으로선택하게된다. source 쪽드라이버는 Controller 가주는지시에따라행 (column) 을선택하고지시받은만큼의전압을 gamma 저항으로부터계산하여가져와대기하고있다가 gate 가열리면전압을공급하게된다. 그러면 gate 에의해선택된열에 source 에의해가해진전압이셀에공급된다. 이러한과정 28

29 1. 일반용어 을반복하면서전체화면의화소가동작하게된다. 25. 러빙각 (rubbing angle with respect to electrode direction) 화소 / 공통전극형상과액정의러빙방향이이루는각을말한다. 트위스트네마틱 (Twist Nematic) 셀의경우에 ±45 도의러빙각을주로사용한다. 이러빙각에평행혹은수직한방향으로편광판의투과축이오도록한다. < 러빙각과러빙축 / 러빙방향 > 26. 러빙축 / 러빙방향 (rubbing axis/rubbing direction) 러빙이란액정분자를균일한선경사각 (pretilt angle) 을갖고한방향으로나열되도록하기위해배향층의표면을부드러운천 ( 나일론또는면 ) 으로문지르는공정을말한다. 이때배향층의표면을러빙천의섬모가지나가는방향을러빙축혹은러빙방향이라말한다. 일반적으로러빙은롤러에러빙용천을감아서사용하게되고그림에서처럼롤러의회전방향에따라러빙방향이결정된다. 러빙천으로문지르면배향표면에이방성이형성되고보편적으로액정은이방향으로나열하려는경 29

30 LCD 표준용어해설집 향성을보인다. 또한선경사각은방향자가러빙방향에서공간방향으로벗어난방향으로형성된다. 27. 매트릭스디스플레이 (matrix display) 화소수가많은경우표시해야할데이터가많아짐으로인해개발된, 주사전극과신호전극을행과열의형태로배치하고그교차부분을표시화소로이용하는디스플레이소자를말한다. 28. 매트릭스어드레싱 (matrix addressing) 신호를지정된열과행에대응하는교차점에적용하는방법으로화소가선택되는구동방법. 그러므로개개의화소는공간과시간에서열과행의각그룹을선택하는것에의해어드레스된다. 매트릭스어드레싱방법에는수동매트릭스어드레싱과능동매트릭스어드레싱의두가지방법이있다. 수동매트릭스어드레싱은신호선과주사선에걸린전압의차이를이용하여화소를구동하는방법이고, 능동매트릭스어드레싱은각각의화소에트랜지스터등의구동소자를달아화소를구동하는방법이다. 수 30

31 1. 일반용어 동매트릭스어드레싱방식에서는신호전압이이웃화소에도영향을미치게되어전극선의수가증가할수록콘트라스트가낮아져서화질이떨어진다. 이에비해능동매트릭스어드레싱방식에서는능동소자를이용하여화소를제어함으로써화소간의간섭현상을제거할수있다. 29. 무라 / 색채불균일 (mura / chrominance non-uniformity) 무라 ( むら얼룩, 고르지못함 ) 는제작된액정패널의화면특성이균일하지않고얼룩진상태를총칭하여말하며특히그것이색이균일하지않은경우로나타날때를색체불균일이라한다. 색체불균일은패널을단색으로디스플레인한경우전체가균일한색상을띄지못하고위치마다색도의차이가나타나는현상으로볼수있다. 이런불균일현상은제조공정상의문제로인해주로야기되면그로인해각화소에동일한전기광학적특성을갖지못하기때문에나타나는현상이다. 이러한무라의종류는원인에따라다양하게존재하기때문에분석하기가까다롭다. 31

32 LCD 표준용어해설집 30. 문자 - 숫자디스플레이 (alphanumeric display) 문자나숫자는표현할수있으나그래픽스는표현할수없는디스플레이장치. 손목시계나전광판, 안내판같이특정한문자만을표현하고자할때주로사용되며최소한의화소숫자만으로표현하는특성이있다. 31. FFS 모드 or 모서리전계수위칭모드 (Fringe Field Switching Mode) 하부기판에투명금속을이용하여사각플레이트모양의상대전극과막대 ( 또는꺽쇠 ) 모양의화소전극을절연층을사이에두고형성하여, 전기장인가시두전극간에프린지필드가형성되어, 수평배향된액정을회전시킨다. 이때상대전극과화소전극의전극위나전극모서리등을포함한전영역의액정분자들을회전시켜고휘도, 광시야각특성을갖는액정표시소자혹은하부기판에전극과전극사이의전계뿐만아니라전극의모서리전계까지이용하여수평배향된액정을회전시켜화소의전영역에서광을투과시키는고휘도, 광시야각특성을갖는액정표시소자. 32

33 1. 일반용어 < 그림 1> < 그림 2> - 전극의폭 (w) 보다전극간거리 (l) 가작거나없다. - 전압인가시 Ey, Ez field 가모두걸리게되어 fringe field 가형성된다. - 전압인가전에액정방향자와편광판의투과축이일치하여블랙상태를나타내고전압인가시액정방향자가회전하여화이트상태를나타낸다.(NB mode) - Negative 및 Positive 액정모두사용할수있다. - 전극사이에서뿐만아니라전극윗부분까지액정분자들이회전하여높은투과율이발생한다. - 외부눌림에대한우수한특성으로화면번짐현상 (Ripple) 이매우적다. - 구동전압이낮고색특성이우수하다. - 상하좌우 180도의넓은시야각을나타낸다. 32. 두께방향위상지연값 (Rth) 필름의두께방향으로의위상지연값과관련된파라미터. 두께방향굴절률값 (nz) 과평면굴절률값의평균값 ((nx-ny)/2) 의차에두께를곱하여얻은값 33

34 LCD 표준용어해설집 액정표시소자에사용되는필름은위상지연값을가지고액정셀에의해발생하는위상지연을추가혹은상쇄시키는목적을가진다. 일반적으로위상지연필름을구분할때, 위상지연값이어느정도인지에대한것으로구분이가능하다. 위상지연값의종류에는 2가지가있는데, 일반적으로주로취급되는정면에서의위상지연값은평면상의굴절률값의차이와필름의두께를곱하여얻어진다. Re = nx-ny d Re : 정면위상지연값 nx, ny : 평면굴절률값 d : 위상지연필름의두께 액정표시소자는정면뿐만아니라기울어진각도, 즉시야각에대해서도균일한특성을가지는것이중요하다. 빛이액정표시소자를비스듬히지나가는경우엔, 위상지연필름도비스듬히지나게된다. 이때, 빛이필름을통과하면서얻게되는위상지연값은정면위상지연값과다른값이다. 그정도는빛과필름이이루는각도에따라달라지며, 액정표시소자를설계할때이러한부분의특성까지도고려해야된다. 정면위상지연값과는달리비스듬히입사하는빛이겪게되는위상지연값을대표할수있는값이두께방향위상지연값이며, 평면굴절률의평균값과두께방향으로의굴절률값인 nz 값의차이에필름의두께를곱하여얻어진다. Rth = (nx+ny)/2 - nz d Rth : 두께방향위상지연값 nx, ny : 평면굴절률값 34

35 1. 일반용어 d : 위상지연필름의두께 33. 긁힘결함 (scratch defect) 유리나편광판표면에긁힘으로써생긴결함액정표시소자는두장의유리혹은플라스틱기판과그외여러가지얇은필름들의조합으로구성되어있다. 또한액정셀내부에는 800 정도두께의배향막이존재한다. 액정셀제조공정과정에서세정력이떨어지거나먼지및여러가지이물이잔류하는상태에서외부에압력이가해지는공정을거치게되면재료및배향막의표면에손상이가해지게되며긁힌흔적으로나타난다. 완제품상태에서액정표시소자를통과하는빛들이긁힌부분들에서불규칙적으로산란되면서정상부분과구별되어시인된다. 이러한부분들은디스플레이품질에악영향을끼치게되며, 모양이나길이가일정한기준이상일경우불량으로판단되는데, 이것을긁힘결함이라고한다. 34. 동적산란 (dynamic scattering) 유전이방성을가진네마틱액정에도전성물질을첨가하여비저항값 35

36 LCD 표준용어해설집 을5x10^10Ωcm이하로낮춘액정을이용하여셀두께 10μm 정도의 homogeneous 액정셀을제작하여전기장을인가하면전도율의이방성때문에전극면에평행한방향으로이온 (ion) 전류가형성된다. 그러나전극면에평행한방향으로는전류가흐르지않으므로전극면과평행한방향으로분극을형성한다. 이렇게형성된분극은인가전기장에따라전극면과수직인방향으로이동하게되는데이운동에반하여유전회전력 (torque) 에의한액정의운동으로액정분자간에작용하는탄성회전력과충돌하여액정분자의환류를만든다. 만약인가전압을높이면환류의원운동속도가빨라져난류가되어액정분자는배열의규칙성을잃고무작위적상태 (random state) 가된다. 이로인하여주위의배열과다른미세한복굴절영역이수없이생기게되고이들영역의경계에서빛이강하게산란하는 DS(Dynamic Scattering) 현상이발생한다. 이때빛은난반사되어셀은불투명한상태가된다. 35. 다중구동 (multiplex driving) 첫번째세트의픽셀그룹들이한프레임에서연속적으로선택되고두번째세트에서디스플레이되는패턴에의해선택되어지는일시적구동방법. 전형적인예는동시에한줄이선택되는열과줄로교차되는전극을가진셀이다. 다중구동방식에서는구동기제조회사들에따라여러가지많은구동파형과바이어스전압레벨들이존재한다. 다중구동단계는공통전극의개수에의해정해진다. 예를들어, 1/3 다중구동에서는 3개의전극라인이존재한다. 점행렬디스플레이는일반적으로 8 혹은 16 개의전극라인을가질때적합한성능을나타낸다. TN LCD 에서는 16 개전극라인을넘 36

37 1. 일반용어 어서면서대비가급속도로떨어지게되지만 STN LCD 를사용하는그래픽디스플레이에서는 480 개까지의전극라인을가진다. 다중구동방식은구동회로를줄이고, 회로와셀의연결개수, 그리고많은픽셀을가지는디스플레이구동의비용을줄이는데효과적이다. 36. 고분자분산형액정 (Polymer Dispersed Liquid Crystal) 고분자분산형액정은직경수μm크기의액정구적 (droplet) 들이수십μm두께의고분자필름에분산된형태를취한다. 이 PDLC 필름을두개의투명전극사이에끼우고전기장을걸어주면액정의방향자 (director) 가전기장방향으로배향되며, 이때액정의정상굴절률 (no, ordinary refractive index) 이고분자의굴절률 (np) 과일치하면광투과에의해필름은투명하게된다 ( 그림 ). 한편, 전기장을제거하면액정의방향자는표면 anchoring 에너지에의해무질서화되며액정의유효굴절률이 np로부터크게벗어나게되어굴절률불일치에의한광산란으로필름은불투명해진다. PDLC 는빛의산란을이용하는모드로편광판이필요없어빛의이용효율이크다. 37

38 LCD 표준용어해설집 37. 게스트 - 호스트효과 (Guest-Host Effect) 녹아있는염료를포함하는이색성액정층에서일어나는비등방적광흡수효과. 게스트-호스트 LCD 는대표적인흡수형 LCD 이다. 이색성염료는빛의흡수율이편광방향에따라서달라지는물질이다. 장축방향으로편광된빛의흡수율이크면 p형, 단축방향으로편광된빛의흡수율이크면 n형염료 (dye) 라고부른다. 평행배향된액정셀에 p형염료가섞인네마틱액정을주입하고, 편광판의투과축방향과러빙방향을평행하게한다. 전압을걸지않았을때는염료의장축이빛의진동방향과같아빛을흡수하고액정층에걸어주는전압이커서수직배열이되면빛이염료의단축방향으로진동하므로흡수가적어투과된다. R,G,B 염료를섞어넣으면모든빛을흡수하여검게된다. 38. 나선피치 / 카이랄피치 (helical pitch/chiral pitch) 꼬인구조의액정에서방향자가 360도회전을하기위한최소거리액정상의종류중콜레스테릭액정이있다. 일반적인네마틱상과는달리액정분자가꼬여있는나선구조를이루는데, 이때액정분자의꼬인정도가 360 도가될때의거리를카이랄피치라고한다. 네마틱액정에서도카이랄제를첨가하면분자배열나선구조를가지게되며, 이나선의주기를말한다. 38

39 1. 일반용어 39. 개구율 (aperture ratio) 액정디스플레이의각화소는액정의배열에의하여빛이투과되는부분과이액정의배열을조절하기위한전기회로가깔린부분으로나눌수있다. 전기회로부분은크게 TFT 와 gate, source, Cs 영역으로구성되어있고이외에합착오차나 active area( 실제전압이걸리는영역 ) 의경계에서생기는원치않는액정변화를모두가려주어야한다. 이영역들은 BM(black matrix) 가덮게된다. 즉, 개구율은실제화소의크기에서 BM 으로가려지고남은실제빛이나오는영역의비로서결정된다. 개구율이높으면휘도가높아져밝은이미지를얻을수있고상대적으로낮은광도의 backlight 를사용할수있으므로전력소모에서유리한면이있다. TFT 나배선은 panel size 에관련없이어느정도일정한값을갖고있으므로 size 가작아질수록개구율이작아져이미지가어둡게되므로일정한휘도를얻기위한분해능의제한을둘수밖에없다. 개구율을높이기위해배선의저항을줄이는재료를사용하거나 poly silicon 방식등을연구하고있다. 39

40 LCD 표준용어해설집 40. 대조 (contrast)(iev ) 동시또는이어서보이는두영역이나타내는광량차이의주관적인평가사람이사물을눈으로구별한다는것은사물과주변환경과의밝기및색의차이를뇌에서인지하는것을말한다. 사물과바탕의밝기차이가클수록그사물을구별하는것은더수월해지게된다. 그림과같은두경우를비교할때, (a) 에서는외부사각형과내부사각형의밝기차이가거의없는반면, (b) 의경우에는내부사각형과외부사각형의밝기차이가크다. 외곽에있는사각형을주변환경, 내부의사각형을사물이라고정의할때, 우리는 (a) 보다 (b) 의경우에서사물을더잘구분해낼수있다. 마찬가지로디스플레이의품질을나타내는것으로대조의특징을정의할수있다. 영상을표현하는계조들간의밝기차이가클수록사용자는그디스플레이에서나타내는문자혹은이미지를더잘알아볼수있게된다. 40

41 1. 일반용어 41. 대조비 (contrast ratio) 대조비율 CR 에의해얻어지는큰 LH(Luminence High) 와작은 LL(Luminence Low) 사이의비율 CR=LH/LL 대조라는개념은사용자에따라광량을인식하는정도가틀리므로주관적인특성일수밖에없다. 때문에이것을표준화하기위해수치로평가할수있으며일반적으로대조비로서나타낸다. 대조비는디스플레이상에서일정조건의빛을조사할때액정표시기의밝은부분과어두운부분의정도의명암의대조를의미한다. 즉화면의백과흑각각의경우의광의투과량의비에의해정의된다. 42. 경사결함 (Disclination: 전경 ) 액정은이웃한액정분자들과서로평행한방향으로나열되어내부에너지를최소화한다. 이러한배열특성이액정을디스플레이에응용할수있게하는것이다. 액정은먼거리에걸쳐서서히변형을일으키게되는데수학적으로보면위치에따른방향자의변화율인 1차미분값이연속이다. 그러나어떤특별한위치에서는 1차미분이불연속인점이발생할수있다. 예를들어털로덮인공의털을한쪽방향으로누인다면덮을수없는부분과누운털이충돌하는부분이생긴다. 다르게사람의머리 41

42 LCD 표준용어해설집 카락이전체머리를덮지못하고가마를만드는것과같다. 누구나가마를갖고있다. 액정분포에서도이러한부분은쉽게생길수있고그림처럼특이점이선형으로나타나는것을경사결함 (disclination) 이라한다. 아래그림은대표적인경사결함의예이다. 이러한경사결함은다양한종류가있고그특성에대해서도잘연구되어있다. 43. TFD [Thin Film Diode] LC LC switch Row(metal) metal metal pixel 42

43 1. 일반용어 일련의반도체공정을통해제작되어지는박막형다이오드소자를뜻한다. 위의그림은 TFD 가디스플레이구동소자로사용된경우의예를나타낸다. TFT 자리에 diode가형성되며, diode에의해 LC의구동이이루어진다. 위의오른쪽그림은회로개념도를나타낸다. TFD 의일반구조는하부 metal/ 절연막 / 상부 metal 구조로이루어진다. 하부 metal 로가해진전압이일정이상이되면절연막을통해전류가흐르게되며, 이전류에의해상부 metal 에전압이가해져서 LC 를구동하게된다. 흐르는전류의양은가하는 row metal 의전압에대해선형적인특성을가지며, 전압의크기에따라 LC의구동전압을바꿀수있다. 이러한 TFD 구동소자가 TFT 에비해가지는장점은다음과같다. - 간단한구조 제작공정의단순화가능 - 소자면적이작기때문에고개구율디스플레이제작가능 - 소자면적이작기때문에고해상도디스플레이제작가능 - 고속동작가능 또한, TFT 에비해다음과같은단점을가지고있다. - I-V curve 의비대칭성으로인한화면잔상문제 : 상부 metal 과하부 metal의종류와 device 구조의비대칭성에기인함. - 높은 vertical cross talk - flicker 발생이쉬움 - contrast ratio가낮음 43

44 LCD 표준용어해설집 44. TFT [Thin Film Transistor] 반도체공정을통해제작된박막형트랜지스터를말한다. Active layer 의종류에따라종류를나누며, 디스플레이소자용 TFT 로는주로결정화된실리콘을사용하는폴리실리콘 TFT 와비정질실리콘을사용하는아몰포스실리콘 TFT의두종류가있다. Passivation n+ layer Source/Drain Active layer Pixel Glass substrate Gate < 아몰포스실리콘 TFT 의개략도 > Gate insulator 폴리실리콘 TFT 는여러가지방법의어닐링이나고상결정화방법등을통하여비정질실리콘을결정화하여 active layer 로서사용한다. Active layer 가결정화되어있기때문에 carrier 의이동속도가빠른장점을가지고있으며, 이러한이유로인하여아몰포스 TFT 에비하여큰전류구동능력을가지고있다. 이러한특성을이용해디스플레이패널을제작함과동시에구동회로를동시에제작하거나, 유기 EL 을구동하는목적으로많이사용되고있다. 위의그림은일반적인아몰포스실리콘 TFT 의단면을나타낸개략도이다. 아몰포스실리콘 TFT 는비정질실리콘을 active layer 로서사용한다. 이로인하여 carrier 의이동속도가느리고, 열화가쉽다는단점을가 44

45 1. 일반용어 지고있다. 그러나제작이쉽고공정이간단하며회로를제외한디스플레이구동소자로서의충분한특성을가지고있기때문에 TV, 노트북, 모니터등의 LCD 구동소자로서주로사용되어지고있다. 또한대면적디스플레이의제작도폴리실리콘 TFT 에비해용이하다는장점을가지고있다. 45. AFLC [Anti-Ferroelectric liquid crystal] <AFLC 의디스플레이원리 > AFLC LCD는 ferroelectric phase와 antiferroelectric phase 사이의전이를이용하여화소 swithcing 을하게된다. 전기장이없는상태에서는 optical axis 가수직으로존재하며이때는 "black" 상태가된다. 전기장이가해질경우에는 ferroelectric phase가되어 optical axis가정렬되어 white 상태가된다. 즉 black 과 white 사이는전기장에의해바뀌게된다. AFLC 는색계조와색상재현성에서매우훌륭한것으로알려져있다. AFLC 구조의 panel 은 cell gap 이다른점만제외하면거의대부분동일한 TFT-LCD 구조를사용한다. 또한response time, viewing angle 측 45

46 LCD 표준용어해설집 면에서일반적인 LCD에비해우수한것으로알려져있다. 그러나 alignment 등이힘들어아직은상용화되고있지는않고있다. 46. Reflector < 도광판과 reflector> Substrate(PET) Coating Layer <Reflector film, SKC 제품 > LCD에서 reflector라함은 reflector sheet를줄여서사용한다. 도광판에서전해지는광원의빛을효과적으로상부로반사시키기위한용도로사용된다. 일반적으로 PET 하부기재에반사율이높은 white polyester film 을적층한구조로사용한다. 빛은 PET 면에서 1차반사되고반사되지않고투과된빛은다시하측에 coating 된반사 layer 에서최종반사된다. 이때하층 coating layer 는 reflector sheet 에별도에 pattern 없이몰드살에빛이반사되어화면을어둡게만드는현상을감소시키는역할을 46

47 1. 일반용어 한다. Module 구동시빛이상대적으로많이발산되어생기는휘선을감소시키기위해 reflector sheet에적다한농도의 pattern을인쇄할수도있다. 47. 반사형디스플레이 [Reflective Display] < 반사형 LCD 의개략도 > 일반적으로 LCD 기술과조합하여반사형 TFT LCD 를제작하며그개략도는위와같다. 대부분의액정표시장치는배면광소자를광원으로사용하여 ( 백라이트사용 ) 전체전력의 2/3 이상을배면광부분에서사용한다. 그러나반사형액정표시장치는배면광부분이필요없기때문에전력및배터리소모를줄일수있다. 또한도광부분이필요하지않아두께도줄일수있다. 그러나반사형액정표시장치의주요문제점은휘도가충분하지않다는점이다. 이러한이유때문에 contrast ratio 가작고색강및명도가명확하지않다는단점을가진다. 저전력사용의장점때문에주로휴대용 application 쪽으로개발이이루어지고있다. 47

48 LCD 표준용어해설집 48. 반투과디스플레이 (transflective display) 반사에의한외부의광원이나반투과한반사체를통해전달되는다른광원으로빛을조정하는디스플레이소자이다. 저소비전력을위해서, 반사형 LCD 에서는외부광을이용하여화상을표시한다. 반투과디스플레이는, 반사형과투과형의장점을결합시킨형태의구조를가지며, 관련된기술로반사판형성시에반사효율을극대화하기위한 MRS(micro reflective structure), DEWS(dual electrode with slip), 반사영역과투과영역의 cell gap 차를보상하기위한 DCF(dual color filter) 기술이있다. 49. 반투과판 (transflector) 입사되는빛의일부분은반사시키고, 나머지부분을투과시키는역할을하는광학소자. 휘도상승및광학특성개선을위해서사용되는광학필름중에서 BEF 류는 NBPC 에, DBEF 류는 MNT 용에주로적용되고있다. 특히, MNT 용에서는고휘도달성을위하여 BEF 류와 DBEF 류를조합적용하기도한다. BEF 류는 Prism 형상을가짐으로써광을집광하여정면휘도를향상시키는기능을가지며, DBEF 류는편광판의일종으로투과하지않는광을반사하여 Recycle 하는기능을가져최대 2배의휘도상승효과를가지는것이특징으로이러한 DBEF 류광학필름이반투과판의일종이라고할수있다. 또한 BEF 류는집광으로인하여반치각이협소하게되는반면, DBEF 류는편광을이용하기때문에광시야각확보가가능한특징을가진다. 48

49 1. 일반용어 50. 발광디스플레이 (emissive display) 자신이광원이되는디스플레이이다. 이빛은스스로변화되어나올수도있고, 하나이상의내부의광원에의해제공될수있다. 직시형디스플레이로분류되는대표적인형태로, CRT(Cathode Ray Tube) 와 FPD(Flat Panel Display) 를들수있다. CRT 는전자총에서방출된전자가형광물질을여기시키는원리를가지고있다. 발광형 FPD 는크게 luminescence 와 incandescence 로분류되며, luminescence 형은다시 CL(cathodoluminescence) 와 EL(electro-luminescence), LED(light emitting diode), PDP(plasma display panel) 로분류된다. <PDP> <FED> < 유기 EL> <VFD> 49

50 LCD 표준용어해설집 CL 의대표적인형태는, Flat CRT, VFD(vacuum fluorescent display) 를꼽을수있으며, 이중 VFD 는 3극진공관원리를응용하여형광체를발광시키는원리를가지고있다. EL 은고체내가속전자에의해형광체를여기시키는소자라고할수있고, LED 는 pn 접합으로부터 carrier 가주입재결합되는과정에서발광을이용하며, PDP 는가스방전에의해가시광방사와진공자외선에의해형광체가여기되는형태를가지고있다. <LED> 51. 방향자 (director) 액정의어떤선택된분자축의방향분포함수에대하여대칭의공간축을설명하는축의단위벡터, 방향자는액정의공간배향을정의한다. 액정분자의상태는분자의무게중심과방향으로나타낸다. 단위분자의무게중심과분자방향의규칙성으로부터응집물질 (condensed material) 50

51 1. 일반용어 을결정, 액체와액정으로나눌수있다. 액정분자의배열은가까운영역에서분자의평균적인방향을나타내는변수인방향자 n으로기술한다. 방향과각각의액정분자가이루는각을 Θ라고하면액정분자의방향성정도를나타내는변수인 order parameter S는다음식과같이정의한다. S = 1/2(3 cos2θ 1) <Nematics> <Smectics> 51

52 LCD 표준용어해설집 액정구조중에서가장간단한예로 nematics 이다. Nematics 에서의막대형분자들은공간변위는제멋대로이지만방향자 (director) 라고부르는벡터에의하여지정된한방향으로정렬하려는경향이있다. 즉, nematics 의한방향에서는등방성액체에서의연속회전대칭성은깨어진다. 액정의다른위상은또하나의질서를가지고있는smectics 이다. 예를들어 smectic-a 형결정에서의막대형분자들은 nematics 에서와같이한방향으로정렬할뿐아니라방향자에수직한평면에모인다. 즉, 두방향에서의위치는무질서하지만제3의방향에서는변위질서를가진다. Smectic-A 형물질은방향자에평행한방향으로는고체의성질을띠지만나머지두방향으로는액체구조를가진다. 52. 배향막 (alignment layer) 패턴이형성된전극위표면에서방향자의방향을결정하는증착된얇은막. 이막은요구되는질서도를발생시키다. 수직배향또는수평배향과같은배향은표면힘에의해서국부적으로발생하는액정분자의협력적인질서에의해서이루어진다. 이배향막은선경사 (pretilt) 각을만든다. LCD 구동원리에따라 polarizer 의광학축과액정배향의축을조절하기위해형성하는막으로써, 배향의정도에따라광학적특성에영향을주기도한다. TFT-LCD 에서배향막은액정을단일방향으로배향하도록만들어균일한화면을얻을수있도록해주는것과액정을외부전기장에대응하여방향자의방향즉, 단일방향으로빠르게반응하도록하여 TFT-LCD의전체적인표시품질을높여주는기능을한다. 배향막에요구되는특성으로써는, 박막코팅성, 유기용매에대한용해도, sealant 경화시열저항성, 내화학성및 rubbing시물리적내구성등이 52

53 1. 일반용어 있고, pretilt 2 이상, reverse tilt disclination line 방지, impurity 관리를통해, VHR 95% 이상, 고명암비특성을얻어야한다. <Homogeneous> <Hometropic(or Vertical)> <Pretilted> <Hybrid> <Twisted> 53. 백라이트 (backlight) LCD 는스스로빛을내지못하는수광형디스플레이로서외부의빛을이용하게되는데액정이이빛의양을조절하여화상을만들게된다. 이러한외부의빛을얻기위해서 TFT 하판밑에장착한균일하게빛을조사시키는광원장치를말한다. Backlight( 이하 B/L) 는 Lamp 배열방식에따라 Direct Light Type( 직하형 ) 과 Side Light Type이있다. Side Light Type 는측면의 Lamp 에서출사된빛을 B/L 정면으로출광시키는역할을하는도광판이필요한데반해 Direct Light Type 은 Lamp 에서출사된빛이바로 B/L 정면으로출광되기때문에도광판이필요없다. 53

54 LCD 표준용어해설집 Side Light Type 는도광판의형태에따라다시 Wedge Type 과 Flat Type으로나눌수있다. 형광 Lamp는양극과음극사이에적당한전압을공급하여전기장을생성시켜서음극에서전자들이방출되게하는방식이다냉음극형광 Lamp(CCFL) 과음극에전류가흘러열이발생하면이열로인해음극물질로부터열전자가방출되는데이전자가양극으로전계에의하여이동하면서충분한운동에너지를얻어서관내의수은이나아르곤의기체원자에충돌하여이들원자를여기시켜서발광을하거나, 전리시키면서방전을지속하는방식의열음극형광 Lamp(HCFL) 종류가있다. <Direct Light Type> <Side Light Type> 54. 밴드스테이트 (Bend State) 상, 하기판이동일한방향으로러빙되어있고, 액정셀의두께방향의단면구조에서전반적인액정배향자의배열구조가구부러진곡선형상을취하는상태 액정은보통임의의방향을취하고있지만, 유리표면을적절히처리 54

55 1. 일반용어 하면표면가까이에있는분자들은표면에수평이되게힘을받는다. 반면, 표면으로부터멀리떨어진분자들은힘을받지않아원래의랜덤한상태를유지한다. 따라서, 전기장의상, 하기판에수직하게걸릴경우유리표면에서멀리떨어진곳은자기장에반응하여수직하게, 유리표면쪽은수평하게정렬된다. 이렇게액정이전자기장에반응하여변형된상태를밴드상태라고한다. 액정은스프링처럼외부의힘이주어져야변형된상태를만든다. 전자기장이액정을변형시킬때, 그장은액정을변형시키는데보다더큰힘이필요하게되며, 이힘이제거되면원래의상태로돌아온다. 액정이밴드되는정도는자기장, 탄성계수, 유리판간격, 물질상수의변수에영향을받는다. 전압과유리판간격의조절로밴드상태의정도를조절함으로서빛의편광상태를조절하게된다. 결국액정의밴드상태는빛의편광상태를변화시켜편광판과함께 on/off 기능을하게된다. 55. ~ 56. 보상필름 (Compensation Film) 액정은광학적으로상굴절률 (ordinary reflective index) 과이상굴절률 (extra-ordinary refractive index), 두개의굴절율을갖는이방성물질이므로, 입사빛의입사각도에따라빛의경로와복굴절률이변화함. 따라서화면을보는방향에따라대비비 (contrast ratio) 의변화와계조반전 (gray scale inversion) 현상이발생함. 특히 TN 액정과같은수직배향을하는액정이빛의진행방향에따른위상차 (Δnd) 변화가크기때문에좁은시야각특성을갖음. 보상필름은이러한위상차를보상함으로서시야각을증가시키기위하여사용되며, 그림 1에수직배양을특성을갖는 TN 액정에보상필름을적용한원리를나타냄. 55

56 LCD 표준용어해설집 < 보상필름의원리 > < 보상필름을이용한액정셀구조 > 57. 봉지층 (Sealing Layer) Glass Fiber(G/F) 와 Sealant 의배합으로제조된 Seal 제를 Seal MASK에의하여 C/F면에 Seal 인쇄를한다. C/F 면에인쇄된 Seal 제를 TFT 면과의합착과경화과정을통하여액정주입후예상되는액정 leak를방지하는층. Leak 방지 Seal MASK Leak 방지 Seal 인쇄 TFT 와 C/F 합착 액정주입 Panel 외곽부의 Cell Gap 형성을위한지지체역할 Seal 재의요구성능 1) Seal 재는액정 Display 에서의높은신뢰성확보를위해강한접착강도, 높은결정화율, 양호한인쇄성등이요구되어지고, 보다정밀한 Cell Gap 제어를위해기판의가압, 가열, 경화시의퍼짐정도가균 56

57 1. 일반용어 일할것이요구되어진다. Black matrix Color filter Cell Gap TFT-array Seal Back-light unit 화소전극 2) Color Filter 방식을사용하는 Color 액정 Display 에서는 Color Filter 의내열성문제로인해, 경화온도의저온화와경화시간의단축화등이요구되어지고있다. 58. 블락 (Blocks) 한화소내의화소전극과공통전극사이의빛이통과하여계조를표시할있도록설계된영역 Blocks 57

58 LCD 표준용어해설집 59. 블랙메트릭스 (Black Matrix(BM)) Back Light 로부터입사된빛에의하여 Thin Film Transistor(TFT) Array 부내에서비정상적으로구동되는액정배열부분의투과를 Color Filter(C/F) 부분에서금속이나유기박막층으로막는부분 Black Matrix 재료의종류및특성 재료종류 Cr 단층막 Cr/CrOx 이층막 수지 Graphite 차광재 Cr Cr/CrOx Carbon 안료 RGB 혼합안료 Graphite 막두께 ~0.2μm ~0.2 μm ~1.0μm ~0.4 μm 반사율 ~50% ~4% ~2% ~7% 제조공정 Photolithography Photolithography Photolithography Lift-off BM 공정숫자 공정안정성 매우우수 매우우수 우수 보통 60. 빗살모양전극 (Fingers Shape Electrode) 화소내에빗살모양으로형성된화소 / 공통전극 58

59 1. 일반용어 Fingers Shape Electrode 61. 상승시간 (Rise time) 반응시간은가장어두운상태와가장밝은상태사이의변화되는시간을기준으로정한다. 화소의밝기를기준으로하면 On time 과 Off time 으로, 액정분자의움직임을기준으로하면 Rising time 과 Falling time 으로반응시간을나타낸다. 액정구동전압이 OFF 전압에서 ON 전압으로바뀌었을때, 투과또는반사된빛의명시도가백색바탕모드의경우백색명시도의 90% 에서 10% 로, 흑색바탕모드의경우백색명시도의 10% 에서 90% 로변화하는데걸리는시간. 투과율 % rising White falling 10% Black T r T f Time < 그림응답속도의개념 > 59

60 LCD 표준용어해설집 62. 상전이 (Phase transition) 액정이한상에서다른상으로변화하는현상으로, 외부의온도에의한 LCD 불량중하나이다. 온도에대한열량의변화나 bulk 상태의액정의광투과율을재어액정전이온도를결정한다. 열량의변화는주로 DSC(Differentail Scanning Calorimeter) 로잰다. DSC 의한쪽열량계에는기준시료가있고다른한쪽에는측정시료를둔다. 두시료를같은온도조건으로변화시켜가면서두시료에서나오는열량을재거나또는두시료를같은온도조건으로변화시켜가면서두시료에서나오는열량을재거나또는두시료가동일온도가되는입력열량의차이를재어상전이온도를정한다. 그림은온도에따라잰 nematic 액정의열량의차이를나타낸것이다. 열량의차이가나는온도로부터액정의상전이온동를정할수있다. bulk 상태의액정은영역 (Domain) 경계면에서빛이난반사되지만, 전이온도이상에서는영역이없어져빛이투과되기때문에온도에따른액정의광투과율곡선으로부터상전이온도를정할수있다. < 온도에따른 nematic 액정의열량의변화 > 60

61 1. 일반용어 63. 서브픽셀 / 도트 (Subpixel/dot) 화소 (pixel) 를이루면서독립적으로구동되는내부픽셀이며표시장치기술자들은 dot 라고부르기도한다. TFT LCD 의화소의구성요서및기능은표와같으며, 그림은단위화소의평면도의예이다. Array 기판 C/F 기판 구성요소 기능 TFT 화소전극에전압을걸어주고차단하는스위치 화소전극 (ITO) 빛을투과시키는영역으로액정층에신호전압을걸어줌 신호선 데이터버스선 게이트선 게이트버스선또는주사선 보조용량 Level shift(feed-throught) 전압을작게하고, 비선택기간동안에화소정보유지 공통전극 액정층에전압을걸어줌 ( 화소전극과공통전극의전압차이가액정층에걸리는전압임 컬러층 색채표현, 빛을선택투과시킴 BM(Black Matrix) 액정배열을제어할수없는부분의빛을차단함 <TFT LCD 화소구조 > 61

62 LCD 표준용어해설집 64. 선결함 (Line defect) 수평또는수직방향으로나타나는선모양결함. < 불량유형에따른 Line defect> 65. 선경사각 (pretilt angle) 인접한액정분자의장축이상하배향막에서배향막평면과이루는각. 선경사각을일정하게해주어야상하전극에전압이인가되었을때인접한액정분자들역경사 (reversetilt) 를이루는것을방지할수있다. 66. 설계시야각 (designed viewing direction) 사용목적에따라특정한방향에서화상이가장쉽게인식될수있도록시각적특성고려하여설계한시야각 62

63 1. 일반용어 67. 세그먼트전극 (segment electrode) 특정모양의문자, 숫자, 심볼등을표현하기위해 1개의공통전극외에해당형태를형성하는전극 68. 세그먼트표시장치 (segment display) 특정한모양으로만든전극으로숫자, 문자및그림을표시하는장치 1개의공통전극과특정모양을갖는복수의세그먼트전극으로특정숫자, 문자및그림을표시하는장치로서각세그먼트에는 1개의회로가필요하기때문에세그먼트수가많은표시에는적당하지않고소규모숫자표시및막대그래프등의표시에사용된다. 보통 1개의숫자를표시하기위해서는 7개의세그먼트가필요하다. 69. 세그먼트 (Segment) 특별한목적의픽셀이다 ( 영문, 숫자, 심볼의특정부분또는그자체의표시 ) 70. Cell Gap 액정셀에서두기판사이의간격. 셀간격측정법에는광학식방법과전기용량법이있음. 광학식방법은액정셀내의 ITO 나 PI 등의굴절율과두께에따라오차가발생할수있으나전기용량법은박막의영향이거의없기때문에가장정확한방법임. 단, 전기용량측정시두전극사이에프로팅되는전극이없어야함. 광학식방법과전기용량법은다음과같이측정됨. 63

64 LCD 표준용어해설집 1) 셀내부에서다중반사되는빛의간섭을이용하여셀간격측정이가능함. 투과도가최대인파장 1과 2 사이에 k개의최대점이있다면셀간격 d는다음과같음 k d = 1 2( λ 1 ) 1 λ 2 일본오츠카사에서이방식을이용한측정기가개발됨. 2) 액정셀을회전하면서단색광의투과도를측정하여셀간격을측정할수있음. 투과도가최대인두인접봉우리에서 2 만큼위상차가발생함. 투과도봉우리가나타나는회전각 1과 2 사이에 k개의봉우리가있다면셀간격은다음과같음. k d = 1 2( cosθ 1 cos 1 θ 2 독일 Autronic사에서이방식을이용한측정기가개발됨. 3) 액정셀내의위아래전극이겹치는면적을알면액정셀의전기용량을측정하여셀간격을계산할수있음. 전극이겹치는면적 =A, 빈액정셀의전기용량 =C일때셀간격은다음과같음. d = ε 0 A C ) 71. Passive Matrix(Addressed) Display Common 전극과 Data 전극을 XY 형태로배치하고그교차부분에순차적으로신호를가하여 Display 하는방식임. 화소수가적은것 ( 전자계산기, 시계, 등 ) 은각화소전극에독립적으로신호전압을가해주는정적 (Static) 구동법을사용하고, 화소수가많은것 ( 노트북컴퓨터화면 ) 은주 64

65 1. 일반용어 사선을차례로선택하여주사전에연결된모든화소에동시에신호를인가하는 Line addressing 구동법을사용함. Line addressing을하면서신호선과주사선에인가된전압차이의 rms(root mean squre) 값만을이용하여화소를구동하는방법을 Passive Matrix 구동법이라고함. cf Active Matix : 각각의화소에트랜지스터등의스위칭소자를적용하여화소를구동하는방법. 72. 수직배향 (homeotropic alignment) 액정셀의배열방향이양쪽기판면에대하여수직인것으로, 액정분자의장축방향이기판면에수직 ( ) 으로배향하도록표면을처리한것. 73. 수평배향 (planar alignment) 액정의장축방향이어디에서나지지체표면에수평하게배열하고있는액정층의배향상태. 액정은 glass표면을적절히처리하면거의모두처리방향에따라원하는배열이가능하다. Glass 표면에평행하게액정분자가배열되도록처리하며그림과같이액정은처리방향에평행하게배열된다. 65

66 LCD 표준용어해설집 < 수평배향 > 전기장이유리방향에수직으로걸린경우표면의분자들은전기장에영향을덜받지만, 가운데액정은쉽게변형되고전기장의방향으로향하게된다. 액정의변형은일정문턱전압 (threshold value) 이상에서만변형되고전기장의크기에따라크게변형된다. 액정의비등방성이작거나두께가증가할수록문턱전압값은더커지게된다. 아래그림에는수평배향의다른종류로서경사배향처리를나타내었다. 액정분자의장축방향이기판면에일정한각도만큼경사로배향하도록기판을표면처리하여만든다. 실제액정배열시는경사 (tilt) 배향을함으로써구동문턱전압을낮추고액정의응답속도를높인다. < 경사배향처리 > 74. 쉐브론 (chevron) 전극 전계인가시액정분자가편광자에대해 45도로 Tilt 할수있도록 ITO 투명전극을 Chevron 형태로형성한전극 Chevron 전극은 layer 간간격을감소시킬수있어빠른구동을한다. 66

67 1. 일반용어 꼭지점은 rubbing 시표면의 pre-tilt 방향과관련지어설계해야한다. Chevron 전극에 DC 전압이인가될때, 액정분자는전극꼭지점주위로회전하게되므로, 분자는 45도 tilt된면에서변형하게된다. 반강유전성액정모드에서가장중요시되고있는고대비비구현을위하여결함없는배향연구로써배향결함을근원적으로해결하기위하여 Zig-Zag 배향결함을유발하는 Chevron 구조에대한배향제어가사용되고있다. 시편내 Chevron 구조는전기장과주파수변화에따라어떻게변형되는가를연구하고최종적으로 Bookshelf 구조가되는조건을정한다. <ferroelectric LCD 에서 chevron 형성예 > 75. 스메틱상 (SMECTIC PHASE) Smectic 은비누라는뜻의그리스어로미끈거리는성질이있다. 저온에서특이한相을이루는데, 스스로특정한방향으로정열하는층을이루는특징이있다. 이층내부의분자운동은제한되며, 층사이는미끄러지듯운동한다. 이相은위치적인규칙성을나타낸다. 층위의분자의배열위치에따라 smectic A와 smectic C로나누어진다. A 相은 smectic plane 과분자배열이수직이며, C 相은일정한각도를이룬다. 분자는층사이보다내부에더많이존재하며단지층내에서 1차원 67

68 LCD 표준용어해설집 질서만이룬다. Smectic A~K 까지 3차원질서를이루는특이한상이발견되었다. SmecticA Smectic C <Smectic A, C phase> 76. 스토리지커패시터 (Storage Capacitor(Cst)) Vgl(gate-pixel 사이 ) 나 common 전극과 pixel 전극사이에형성되는 Capacitor. 보조 Capacitance 로서 CLC( 액정용량 ) 와병렬연결되며, VST 전압이유기되어 TFT OFF Time 동안에 VLC 전압의변동을줄여주는역할을한다. Cst 는고정된값을가짐. pixel charging 특성과 holding ratio 등을결정짓는요소. 아래 Storage Capacitor 구조에서 Cst 로표시됨부분. 68

69 1. 일반용어 Storage Capacitor (Cs) Data Line TFT Cs Common Electrode Clc Pixel Electrode (ITO) Gate Bus-Line TFT <Storage Capacitor> (a) (b) (c) <Storage Structure> 위 storage capacitor 구조에서 (a) 는 gate on common 구조이며, 개구율감소의담점이있다. (b) 는 (a) 의단점을보완하기위해 storage on gate 구조로 Cst 를형성하였으며, 개구율증가의장점과 gate load 증가의단점이있다. (c) 는 light shield 와 storage 를병행한구조이다. 개구율감소의단점이있다. 77. 스페이서 (spacer) 지지판사이의일정한거리를유지하기위해서액정셀에들어있는재료 ( 구또는실린더모양 ) 69

70 LCD 표준용어해설집 액정표시장치는투명기판사이의일정한간격 (gap) 에주입된액정분자에전압을인가하여구동시키는전기광학소자이므로두기판을일정한간격으로유지시키는것이대단히중요하다. 만일셀간격이일정하지않으면그부분을인가하는전압과통과되는빛의투과도가달라져공간적으로불균일한밝기를나타내는불량을나타내게된다. 이러한문제는액정판넬의크기가점차대형화되는추세에따라그중요성이더욱부각되고있다. 일반적으로판넬이대형화되면서일정한셀간격을유지하기위해서는판넬전면에균일하게스페이서 (spacer) 를뿌리는공정이들어간다. 이때, 배향막등기판내면을손상시킬수있기때문에분산에세심한주의가필요하다. 고표시용량, 고표시품질의요청이높아지면서단순한간격유지의기능뿐만아니라, 액정판넬 (panel) 에서해결되어야할과제, 예를들면온도변화에따른색조변화나스페이서의이동, 혹은저온시의공동 (void) 발생등의현상을, 스페이서로해결하려고하는노력도계속되고있다. 스페이서는재질에따라무알칼리유리를방사하여제조된유리스페이서와플라스틱스페이서로나뉘어진다. 플라스틱스페이서는경질의유리스페이서에비해셀간격의제어성에서는불안정하지만하중부가여하에따라크기가변하는탄성체이기때문에미세한셀두께제어재료로서적합하다. 또액정층의온도변화에의한광학특성의변동이나셀간격의변동을고려하면셀두께의고정은바람직하지않다. 액정의열팽창계수와가까운성질을갖는플라스틱스페이서는고온에서셀두께팽창시에스페이서의이동을방지하고저온에서의공동발생방지등에그효과를발휘할수있다. 실제로플라스틱스페이서로내열성, 내약품성에서우수하고, 넓은온도범위에서도탄성체로서작용하는구형미립자로서, 평균입자직경공차 30 nm 의규격품이이미상품화되고있다. 70

71 1. 일반용어 78. Splay state( 스플레이상태 ) 상, 하기판이동일한방향으로러빙되어있고, 액정셀의두께방향의단면구조에서전반적인액정배향자의배열구조가부채살을펼친형상을취하는상태액정의배열구조에따라Splay, Twist, Bend 로나뉘어진다. 이중Splay 는단축방향으로액정이벌어진경우이며, 그의탄성계수는 K11 으로표시한다. 71

72 LCD 표준용어해설집 79. System on Glass(SOG, 시스템온글라스 ) 능동매트릭스 LCD에서동일기판에능동소자와드라이버 IC를실장하는방법비정질실리콘 TFT LCD 는 TCP(Tape Carrier Package) 구동 IC를이용하여유리기판과 PCB 를연결하며, 구동 IC 및실장비용이원가의많은부분을차지한다. 또한 TCP 구동 IC 와 PCB 사이의연결부위와 TCP 구동 IC 와유리기판사이의연결부위가기계적, 열적충격으로떨어지거나접촉저항이커지는문제가생길수있다. 이부분에신뢰성을높이려면실장비용이올라간다. LCD 패널의해상도가높아지면신호선과주사선의패드피치가짧아져 TCP bonding 자체가어려워진다. 그러나폴리실리콘으로기판에직접구동회로를만들면구동 IC 비용도줄일수있고실장도간단해진다. 80. Viewing Direction/Viewing Angle( 시야각 ) 액정디스플레이소자를보는방향. 화면에수직한방향으로부터의경사와방위각으로정의된다. LCD 는말그대로 (Liquid Crystal Display) 이다. 액정 (Liquid Crystal) 을통하여우리는영상을보게된다. 자세히말하면 분자가차지하는위치와분자축방향이고체와같이완전한규칙성을가지는상태와일반적인등방성액체에서볼수있는것과같은불규칙한상태와의중간상태를가리키는물질 을말한다. 바로이물질이보는각도에따라대비비가변화되는특성을가지고있는것이다. 이변화되는정도를우리는흔히시야각이라고정의를한다. 보통시야각은상 / 하, 좌 / 우에따라대비비가어느값이상이되는각도를의미한다. 바꿔말하면액정셀에서는빛이 72

73 1. 일반용어 입사되는각도에따라투과율의급격한변화가발생하기때문에, 액정소자의 On/Off 구동에서투과율의변화로나타나는대비비변화의값을각도로표시한것이다. 요즘은여기에시야각에따른휘도곡선을그려 Gray Scale Inversion( 계조반전 ) 이일어나기전의범위까지포함해서시야각을표기한다. 그래서지금은 'C/R 의값이 10:1, 8계조로구동했을때의계조반전 (grey level invension) 이없는영역 ' 으로시야각을정의한다. 81. gamma deviation of viewing angle( 시야각감마변동량 ) 정면과경사각에서의감마곡선의변동량일반적으로액정표시장치 (LCD) 는기판의안쪽면에투명전극을세우고유전이방성이정 (+) 인액정분자를기판에평행하게하고, 기판상호간에거의 90 도차이로비틀어서배열시킨 TN(Twist Nematic) 형모드, 상기 TN 형표시모드와유사하게액정분자를기판의상호간 180 내지 240 도범위로비틀어배열시킨 STN(Super Twist Nematic) 형표시모드등이여러가지로사용되고있다. 그림1은일반적으로노멀리화이트모드 (Normally white mode) 의 TN 액정에서인가전압에따른투과율을설명하기위한그림이다. 그림 1을참조하면, LCD 정면 (0 도 ) 에서와일정각도 73

74 LCD 표준용어해설집 의경사를주어보았을때, 예를들어 -20 도에서의시야각에서의 TN 액정의인가전압에따른투과율곡선이다. 이러한전형적인 TN 액정의특성을갖고있는 TFT LCD 제품에서는시야각에따라계조 (Gray) 표현이제대로되지않는문제점이있다. 즉, 패널의정면에서표현되던블랙근처의계조들이정면을벗어난시야각도에서는구분이되지않는다. 이처럼시야각범위는흑백표시에비하여칼라표시의경우에영향이크고, 관찰자의위치를이동하면표시콘트라스트와표시색이변화한다. 왜냐하면, 액정분자가광학적복굴절을표시하기때문에완전히평행배열, 또는완전히수직배열이되지않는한상하좌우방향의시야각이균등하지않기때문이다. 또한, LCD 모듈을설계할때정면에서계조표현이최적이되도록액정인가전압을고정하였기때문이며, 이에따라작은전압에도일찍블랙이되는문제점이있다. 특히, 이러한시야각에따라정확한계조레벨을유지하지못하는경우로서, 노트북컴퓨터와같이사용자가 LCD 패널을오픈시켜사용하는경우에는시야각문제로오픈되는사용영역이제한되는결정적인문제가발생한다. 74

75 1. 일반용어 82. 시야각범위 (viewing angle range) 보이는규격을만족하는시야각방향의범위이다. 보통시야각은명암대비가 10 이상이고, 8계조로구동했을때의계조반전 (grey level invension) 이없는순간의최대각도를말한다. 시야각은상 / 하, 좌 / 우두가지가있다. 83. 시야각영역 (viewing angle area) 시각정보또는디스플레이배경을표시하는영역 84. 시야각크로스토크 (Viewing Angle Crosstalk) 정면에서는발생하지않고, 경사각에서만발생하는 Crosstalk Data Line 과최외각 Vcom 전극사이액정영역이투과되면서나타나는현상이며, 합착 Margin 이없는경우발생확률이증가한다. Data Line 과 Vcom 거리를 Delay 에대해고려해서최소한으로설정하면영향을줄일 75

76 LCD 표준용어해설집 수있다. 또한, BM Margin 을증가시켜주면영향을줄일수있으나휘도가감소된다. 85. 액정 (liquid crystal) 분자량이작은대부분의물질들은온도가증가함에따라물질의삼태라하여고체 (solid), 액체 (liquid), 기체 (gas) 로상 (phase) 이변한다. 그러나분자량이크고분자구조가특이한물질들의경우상변화양상이그렇게간단하지않은경우가많다. 1888년 Reinizer는 cholesteric benzonate 결정을가열하면 도에서일단탁한흰색을띤점도가있는액체가되고, 온도를 도로올리면완전히투명한액체가되는것을발견하였다. 결정과투명한액체사이에존재하는이상 (phase) 은 Lehman 에의해당시고체의고유한성질로만이해되던광학이방성이가진다는것이밝혀져액정 (liquid crystal) 이라는이름이붙여졌다. 즉액정 (liquid crystal) 은 liquid 와 crystal 의합성어로서액체와같은유동성 (fluidity) 과결정이갖는광학이방성 (optical anisotropy) 을동시에갖는다는의미이다. 고체와액체의중간에존재하는상이기때문에중간상 (mesophase) 라고부르는것이더정확한이름이지만, 관례적으로액정이라는이름으로더많이불린다. 86. 액정셀 (liquid crystal cell) 두개의유리기판으로구성되고그사이에액정이주입되어있는액정의표시소자의구성품이다. 두유리기판안쪽에는화소를구성하는투명전극이있으며그위에액정분자를한방향으로배향시키기위한배향막이있다. 능동행력액정디스플레이는아래기판에능동소자인다 76

77 1. 일반용어 이오드또는트랜지스터가화소의측면에형성되어있다. 컬러액정표시소자는위기판에컬러를표시할수있도록컬러필터가장착되어있다. 컬러필터는투명전극과유리기판사이에놓이며유리기판에안료분산법, 염색법등으로제작된다. 유리기판사이에액정이주입될수있도록일정한간격이유지되며넓은면적의표시소자인경우에는스페이서에의하여그간격이유지된다. 그공간에액정이주입되어배향된다. Cell 의측면에는투명전극과연결된전극패턴이있으며이패턴을통하여외부전압이액정에전달된다. 능동행렬액정디스플레이에는능동소자를구현하기위한패턴들이형성되어있으며이패턴들을통하여능동소자가구동되며동시에액정에외부전압이인가된다. 300 μm One Pixel ) C/F Substrate Common Electrod ) TFT Substrate Pixel Electrod Data Line Gate Line 87. 액정표시장치 (liquid crystal display device) 두개의유리기판사이에액정물질이주입되고외부에서전압이인가되어액정의전기광학적인특성을사용한디스플레이기구이다. 액정디스플레이는외부에서입사되는빛을이용한다는점에서기존의다른디스플레이와는구분된다. 액정디스플레이의장점으로는소형, 박형의제작이가능하고소비전력이낮다는점이다현재사용되거나개발중에 77

78 LCD 표준용어해설집 있는액정디스플레이의종류로는 nematic 액정을이용한수동구동형의 TN, STN, ECB LCD와능동구동형의 TFT LCD가있으며, smetic 액정을이용한 FLC, 고분자에분산되어산란모드를이용하는 PDLC 등이있다 a 光 편광 FILTER a 光 b 전압을인가하지않을때. 배향막 편광 FILTER b 전압을인가할때. ~ 전압 TFT-LCD 의동작원리 * 액정의배열 *Twisted 분자배열 * 빛은액정을통해분자들의방향을따라서진행 * 전압인가유무에따른빛통과, 차단 88. 어드레싱 (addressing) 공간과시간에걸쳐구동하거나또는, 구동되지않게끔화소를선택하는방법. 78

79 1. 일반용어 89. 얼룩 (stain) 어떤영역에대하여경계가애매모호한화소결함으로한화소보다크기가크게나타나는시인성결함 90. 오버코트 (Overcoat(OC)) 칼라필터와배향막에균등한셀갭유지를위해형성되는평탄화막. Overcoat 공통전극배향막 Sealant 편광필름 C/F 기판 Black Matrix Color Filter 액정 TFT 화소전극 Cst TFT-Array 기판 편광필름 -내열성, 내광성, 내약품성, 투명성이우수하고, 하지막과 GLASS 의밀착력이양호하며, COLOR FILTER 표면과PATTERN간평탄화가능 -수지종류 :1액형, 2액형등으로구분됨. 열경화형아크릴수지폴리이미드수지에폭시수지 일반적으로사용함밀착성양호도포성양호수지와경화제함유비율로강도조절 접착성떨어짐단차저감성우수투과율열경화수지보다떨어짐내약품성우수 ITO DEPO시 CRACK 및주름잡힘 79

80 LCD 표준용어해설집 91. 오씨비모드 (OCB mode) OCB-mode는액정 mode의특성상광시야각은물론고속응답의요구까지충족시킬수있기때문에 TV 용 LCD 로서가장적합한것으로생각되고있다. 이러한 OCB-mode 는최초 π-cell 이라는이름으로 Bos 에의해처음으로제안되었다. 여기서 Bos 는 π 를상측과하측배향막에인접한액정의방위각이 180 도 twist 되어있다는의미로사용하였다.( 참고로 TN-mode 의경우 π/2 cell 이된다.) 이러한 π-cell 의중요한특징중하나는액정 cell 에적절한복굴절필름을적용할경우등방성물질을얻을수있으며이것을직교편광자사이에삽입하면시야각의존성이없는 black 또는 white 상태를얻을수있다는것이다. 물론일반적으로 black 상태는높은대비비를얻기위한가장중요한특성이므로 black 상태에서의광학적보상이가장적합하다. 아래의그림 1 에서는위에서언급한사실에기초하여광시야각특성을가지는새로제안된 LCD 를보여준다. OCB Mode 가가지는또다른특징은전술한바와같이대칭적인시야각특성을가지는것이외에도 TN-mode 에서나타나는 back-flow 효과가나타나지않기때문에응답속도 (on + off time) 가빠르다는것이다.( 전계조간 7ms 이하 ) 이러한이유를다음그림 2에나타내었다. OCB mode 는 bend 배향을얻기위하여최초 splay 배향으로부터 bend 배향으로의전이과정을거치는것이다른 LCD mode에비해특이하다고할수있다. 이러한이유로인하여여러가지액정변수에대한 panel 의특성의존도가매우크다. OCB mode 에서만나타나는현상으로는 Vc 전압 (Critical Voltage) 이존재한다는것과 VT-curve의모양이 TN-mode에비하여다르다는것, 그리고높은점도의액정을사용하더라도응답속도가매우빠르다는점을들수있다. 물론이모든것은 bend배향을하 80

81 1. 일반용어 투과축 편광판 slow axis film 축방향 C-plate WV film R/B 방향 상판 R/B 방향 film축방향 slow axis 투과축 하판 WV film C-plate 편광판 그림 1. OCB-cell 의모식도 < 그림 1> OCB-cell 의모식도 Relaxing Off Relaxing a) Uniformly aligned cell (b) π - cell < 그림 2> Back-flow 효과 고있기때문이라고할수있다. 아래의그림 3에서는 parallel rubbing 을통해얻어진최초의 splay 배향이 bend 배향으로전이되면서나타나는중간단계의배향에대한모식도를나타내었다. 인가전압을서서히증가시킬경우는아래의그림과같은과정을거치지만순간적으로높은전압을인가할경우에는매우빠른시간내에 bend 배향을얻을수도있다. OCB mode 를구현하기위해서는궁극적으로 bend배향을유지해야하는데, 만일 bend 배향에서부터지속적으로전압을낮추면특정전압에서는 bend 배향이깨지면서중간단계의배향상태로전이된다. 이때의전압을바로 Vc 전압이라고한다. 81

82 LCD 표준용어해설집 Homogenous Transient Asymmetric < 그림 3> Bend 배향전이과정에대한모식도 Bend State 즉, Vc 전압이란 bend배향을유지하는최소한의전압이라고할수있으며이전압은배향막의 pre-tilt 각, 액정의 dielectric ratio 및 lateral field 의세기에크게의존한다. 특히 TN-mode와는크게다른 VT-curve의모양에기인하여 Vc 전압의중요성은더욱커진다. TN-mode와 OCBmode의 VT-curve를아래그림 4에나타내었다. V-T Curve TN-VT OCB-VT Voltage < 그림 4> TN-mode 와 OCB-mode 의 VT-curve 비교 이러한 OCB mode 는 TN-mode 와는달리러빙방향과평행한위치의시야각에서볼때액정층내에서 self compensation 이유발되므로넓은시야각을가지게된다. 특히러빙방향과수직한위치의시야각에서볼 82

83 1. 일반용어 때에는측면에서도높은투과율을나타냄으로써넓은시야각을구현할수있게된다. 92. 용이축 (easy axis) 원통모형의액정분자와기판과의상대적인위치관계를그림 1-4 에나타내었다. 기준축 (X 축 ) 으로부터떨어진각도를 AZIMUTHAL ANGLE, y라고하며일반적으로기준축 (X 축 ) 은 RUBBING 방향이되며, 이를용이축 (EASY AXIS) 라한다. 또한기판 (XY 평면 ) 으로부터액정이일어선각도를선경사각 (PRETILT ANGLE, qp) 이라한다. 네마틱액정을포함하는 SANDWITCH CELL 에서상, 하판배향상태의조합정도에따라평행 (HOMOGENEOUS), 경사 (TILT), 수직 (HOMEOTROPIC) 의기본적인배향상태를가지며, 이러한배향상태의조합을통해서여러종류의표시방식실현이가능하다. Z 액정분자 θ 기판 θp Y 용이축 X ϕ 그림 1-4. 기판에서액정의위치 ϕ:azimuthal ANGLE, θ p: 선경사각 (PRETILT ANGLE), θ:polar ANGLE POLAR ANGLE 은 z 축으로부터떨어진액정분자의각도, (90 o -θ p) 를말함 93. 우위시야각 (preferred viewing direction) 표시장치에디스플레이되는화상이가장잘인식되는시야각. 83

84 LCD 표준용어해설집 94. 원판상액정 짧은분자축에대해서장거리질서도를가지는원판모양분자의액정상. 막대모양의분자들만액정상을형성하는것이아니라원판모양의비등방성분자들도액정상을만들수있다. 이런분자와다른구성물질의분자들은납작하고원판형태의모양을지니고있으며여러가지서로다른구조로쌓일수있다. 막대모양의분자와유사하게원판모양의분자는장거리위치질서는없지만장거리방향질서를같는네마틱상을형성할수있다. 이런경우의방향자는원판표면에수직인방향에대응한다. < 원판네마틱상의구조모형 ( 방향자 n)> 대부분의경우에원판모양의분자들은기둥을이루며다른분자와쌓이는데이런기둥내에서분자들은어떤질서도혹은무질서도를갖는다. 95. 위상차필름 (retardation film) LCD 용위상차필름은 STN 형 LCD 의색보상필름으로서개발되었다. 즉 STN 액정셀은셀자체가복굴절성을갖고있으므로셀을투과한광에위상차가생겨타원편광이되며, 옐로모드나블루모드라는착색모드가 84

85 1. 일반용어 되어간다. 이타원편광을직선편광으로변환, 바꿔말하면액정셀의복굴절을보정해서흑백모드표시로하는것이위상차필름의기능이다. 이러한목적을위해위상차필름으로서는폴리카보네이트 (PC) 의 1축배향필름이이용되고있으나최근에는보다다양한기능이위상차필름에요구되게되었다. 위상차필름은그림과같이일반적으로 nx > ny > nz 인매질을수평또는시스듬히층으로쌓인구조를갖는다. 이러한구조는 Polycarbonate 같은고분자재료를필름의형태로만들어신장시켜필름면내에적당한위상차를갖도록한다. 위상차필름의특성치는면내의 Retardation(R=Δ n d) 과두깨방향의 Retardation(R=Δn d) 의값으로나타낸다. Δn =(n x +n y )/2 - n z 이러한방법외에 Silicon Dioxide 와 Titanium Dioxide 를번갈아 60 층정도로증착시켜만드는방법도있다. n z n x n y 위상차필름은위상차값과광축의균일성및외관결점이없는것은두말할나위도없고거기에아래와같은요구특성이있다. 액정셀에이용하는액정재료의파장분산특성과위상차필름의그것을 85

86 LCD 표준용어해설집 매치시키면 LCD 의채도와명도가커지며, 결과적으로대비가향상한다. STN 의고속응답화를위해서는파장분산이큰액정재료를이용하므로폴리카보네이트보다파장분산이큰위상차필름이좋아, 폴리술폰등의위상차필름이개발되고있다. 또한, 액정을엇갈림배향시킨위상차필름도개발되어같은목적을위해실용화되고있다. LCD 의대폭적인원가절감이진행되고있는현재로서는저가인고파장분산필름이요구되고있다. STN 의광시야각화를위해서는필름의면내부뿐아니라두께방향으로도배향시켜 3차원방향의굴절률을조정한위상차필름이개발되어실용화되고있다. 액정모니터등의용도에는이필름만으로는개량효과가불충분해루미스티등의확산성필름과의일체사용이유력시되고있다. 한편박막트랜지스터 (TFT) 구동의트위스트네마틱 (TN) 형 LCD 에대한시야각개량요구도강해이목적을위해마이너스액정화합물이나막대모양의액정화합물을경사배향한위상차필름이개발되어실용화되고있다. TFT 구동의 LCD 는광시야각화를위해 TN 이외의 IPS 모드및 VA모드의액정셀이개발되었다. IPS 모드는그것만으로광시야각이지만 VA 모드는 VAC 필름및 New VAC 필름이라는 2축성의위상차필름을사용함으로써광시야각을달성, 실용화하고있다. 액정의위상차는온도상승과함께저하하지만통상의위상차필름의그것은변화하지않도록설계되어있다. 실온에서최적화한경우에고온영역에서는위상보상을충분히실시할수없어대비의저하및색상의변화가일어나시인성이저하한다. 특히 STN 의경우에는그영향이현저하다. 이용도에는온도에의해가역적으로위상차가변화하는온도보상형위상차필름이개발되어실용화되고있다. 반사형컬러 LCD 를밝고저가로하기위해컬러필터를사용하지않고액정셀의위상차를전압으로조정해위상차필름의위상차와조합시켜컬 86

87 1. 일반용어 러표시를실시하는방법이있으며, 멀티컬러표시의전자계산기등에실용화되고있다. 이용도에는통상사용하는위상차필름보다커다란위상차를갖는고위상차값필름이적용된다. 표시색수에제한되어적용범위가제한되어있으나전압에의해위상차가가역적으로변화하는위상차필름이개발되면표시색수도증가하여용도가확대될것이다. 96. 유기블랙매트릭스 (Organic Black matrix) 재질이금속이아닌유기막으로형성된블랙매트릭스로 Unit Cell 의화소전극과화소전극사이로 Backlight 의투과를방지하고 TFT 의광조사를차단하기위하여 Color Filter 기판에설치하는차광막 Dark 상태에서화소전극주변부의광누설을차단하여 LCD 의 Contrast Ratio를향상시켜주는효과가있음. - COLOR FILTER 의개구부를결정하면서 PATTERN 사이에설치하여누설광을차단함 (Cr,CrOx/Cr,? 유기 Black P.R) - 요구특성 : 차광성, 저반사 차광성 : Optical Density, 투과체에대한투과광과입사광의비에 Log10 를취한값 - 저반사 : 표시색의시인성확보를위한외부광원에대한 BM 의저반사화 입사광 P 투과광 P1 측정시료 ORGANIC BM CrOx/Cr Cr 87

88 LCD 표준용어해설집 97. 유기절연막 DATA TO ITO 커플링에의해생기는 FIELD 왜곡을감소시키기위해보호막위에덮는유기막재료로, Pixel ITO 전극을 DATA 배선에가깝게배치하여 Panel 의개구율을확장시킬수있는재료. 98. 유효개구율 (Effective aperture ratio) 액정표시소자에서정보표시가되는면적중실제화소가차지하고있는면적을의미한다. 화소와화소사이에는일정한공간이있으며능동소자가형성되어있다. 유효구경은이와같이구동이되지않는영역을전체표시면적에서제외한면적이다. 99. 응답시간 (response time) 액정표시소자가 on/off 될때거리는시간을의미한다. 외부에서전압신호가꺼짐에서켜짐으로또는켜짐에서꺼짐으로바뀌면액정은그신호에따라변형되지만액정의점도에의하여즉각적으로반응하지못한다. 액정이평행상태에도달하기까지지연시간이발생된다. 액정이이러한변형특성은광학적인특성으로나타나며광착적으로지연되는시간을응답시간이라한다. 응답시간은액정의점도에비례하고 Cell 간격에반비례한다. 전기신호가 on/off 될때시간에대한투과특성에서응답시간을측정할수있다 순환주기 (duty cycle) 다중구동에서는동시에모든화소에적합한전압이걸리지않는다. 88

89 1. 일반용어 각열에적당한전압을걸어주면서동시에 1행에전압이걸린다. 이것으로첫째행의모든영역이적당히밝아지고다음에 2행에전압을걸어주고동시에각열에적당한전압을걸어준다. 이것은정확하게둘째행의모든화소를밝게한다. 달리말해, 매번열에인가되는전압을변화시키면서모든 N행을통하여한행씩주기를이루도록하여야한다. 이는켜진화소에단지 N행의주기에한번씩적당한전압이인가되고나머지시간동안에는아주작은전압이인가된다. 꺼진상태의화소에는항상작은전압이인가된다. 각각의화소가받는켜짐전압 (the on voltage) 의시간분할을순화주기 (duty cycle) 이라불리고 1/N과같다 순환비 (Duty ratio) 다중구동방식에서선택파형이인가되는시간과주기와의비를나타낸다. 수동형액정디스플레이에서전극패턴에는선택파형이순서적으로인가된다. 모든저극에선택파형이인가된다음에는다시처음순서로되돌아온다. 각전극패턴에는일정한시간동안전압이인가되며이것을선택시간이라고한다. duty ratio 는한전극패턴에인가되는선택시간과선택파형이모든저극패턴을 1회주사하는데걸리는시간, 즉주기와의비를의미한다. 한기판에형성되어있는전극패턴의개수를 N 이라고하면 duty ratio 는 1/N 이된다. duty ratio 는액정디스플레이의특성에중요한영향을준다. STN 에서 duty ratio 의증가에따라대비비와응답속도등의특성이저하되는경향이있다 이미지극성 (image polarity) 배경밝기와상밝기사이의관계. 더어두운배경에관한더밝은이미 89

90 LCD 표준용어해설집 지의표현은음의극성으로표현하고, 더밝은배경에관한더어두운이미지의표현은양의극성으로표현한다 이상층전극구조 (Different Laid electroed Structure) 화소전극과공통전극이서로다른층에존재하는구조 이색성색소 (dichroic dye) 특정한방향으로다른방향보다더많은빛을흡수하는분자로분자의장축방향의편광을흡수하는색소를양 (positive) 이색성색소, 수직인방향의빛을흡수하는것을음 (negative) 이색성색소라고한다. 일반적으로이러한색소는최대의흡수를일으키는파장을중심으로좁은영역의흡수스펙트럼을가진다. 색소가나타내는색상은흡수하지않는스펙트럼즉보색에의하여결정된다. 검은물질을얻기위해서는일반적으로여러가지의색소를혼합하여사용하여야한다. 섬유나다른산업에쓰이는색소는일반적으로이온에의한전기화학적반응과이에따른전력쇠의과다를유발하므로 LCD 에서는사용할수없다. Guest Host LCD에쓰이는색소는아래와같은특성으로평가할수있다. 1. 화학적, 광학적안정성 2. 색상과흡수프펙트럼의폭 3. 이색성비율 4. 색소의질서도 5. host에대한용해도 6. 비이온화정도 90

91 1. 일반용어 7. extinction 계수 8. 순도와높은비저항 105. 이완시간 (relaxation time) 전기장제거후액정배향자가초기상태로돌아가는데걸리는시간 일시잔상 (after image) 화면에디스플레이되는상이바뀐후에도이전의화상이화면에남아있는현상으로몇초안에이전상은사라진다 임계전압 (critical voltage) 벤드상태를유지하기위한최소전압. 디스플레이상태보다벤드상태가더안정한상태가되기위해스플레이상태의액정셀에인가되어야하는최소전압 잔상 (image sticking) 화면에표시되는상이사라진후에도긴시간동안이전의화상이남아있는현상 전경 (disclination) 다른배향상태를나타내는지역사이에서경계를형성하는국부적인배향결함. 91

92 LCD 표준용어해설집 DISCLONATION 이를피하기위해, TN MODE 에서는 3~4 정도의선경사각을주며같은의미에서 CE MODE 는전극과 RUBBING 방향의각도를 10~15 가되도록한다 전극층 (electrode layer) 전기적으로전도성인막, 일반적으로투명하며 ( 이것은인듐산화주석으로만들어졌다 :ITO" 라고부름 ), 지지판을덮고있으며, 디스플레이와전기적접속구조를확립하기위해서패턴화되어있다. ITO 막은기본적으로산화막인관계로내화학성이아주뛰어나화학반응을이용한 Etching 이매우어려운물질로충분한 Etching 속도의확보가가장중요한공정요구조건. Dry Etching 으로도가능하지만 Etching 속도가느리고, 또한부착이물의 Masking 에의한 Pixel Defect 불량으로주로 Wet Etching 이사용. Etchant 로서는왕수계 (HCl + HNO 3 + H 2 O), 염화제2철염산계 (FeCl₂ + HCl), HBr 또는 HI 계등이있지만가격이저렴하고상대적으로독성이적어주로왕수계 Etchant를사용 - RED,GREEN,BLUE,OVERCOAT 막상에형성하여공통전극으로사용 - 면적저항과투과율 92

93 1. 일반용어 111. 전기 - 광학적특성 (electro-optic chracteristic) 전기구동 ( 전압, 전류 ) 따른다양한광의성질 전압유지율 (voltage holding ratio) 액정 panel 의마주보는상대전극사이에전압을인가하여전하량은 Q( 전하량 ) = C( 전하량 )V( 전압 ) 으로충전된다음전압유지상태에서액정매질로부터손실이발생하는데배향막이전하량의방전의원인이된 Vgate VHR effect Vsig Vpixel 93

94 LCD 표준용어해설집 다. 이때전압을유지하고있는수준을전압유지율이라한다. 이것은 Pixel 에전압을일정시간보존하고있어야하는 TFT-addressing 과같은능동소자에서는중요하게취급되는특성이다 전압제어복굴절 (electrically controlled birefringence) 전기장에의해서조절될수있는액정층의복굴절때문에일어나는전기광학효과. 인가전압을조절함으로써액정을수직하게또는수평하게만들수있으므로편광상태를바꿀수있고그에따라서빛의밝기를조절할수있게된다. 액정분자의배향상태는전기장의인가정도에따라조절될수있다. 액정배향상태의변화를수반하는복굴절의변화는편광된빛의스위칭에응용될수있다. 유전이방성이양인네마틱액정물질은수평배향이요구되고음인물질은수직배향이요구된다. 상판은수직배향이고하판은수평배향인혼합 (Hybrid) 배향된패널은조절할수있는복굴절효과 (Tunable Birefringence effect) 를갖는다 전이 (transition) 한상태에서다른상태로변화하는현상. 액정상을갖는분자들은대개모양이나특정물질과의친화도에따라다양한상을이루는데, 앞서설명한바와같이특정온도구간에서만액정상을갖는온도전이형액정 (thermotropic liquid crystal) 과특정용매에일정비율이녹아있을때액정상을갖는농도전이형액정 (lyotropic liquid 94

95 1. 일반용어 crystal) 으로분류할수있다. 디스플레이에사용되는대부분의액정은온도전이형액정에속하여농도전이형액정은생체막, 등에서많이발견된다. 온도전이형액정은그들이갖는위치질서 (positional order), 방향질서 (orientaional order) 에따라네마틱 (nematic), 콜레스테릭 (cholesteric), 스멕틱 (smectic) 으로나뉜다 점결함 (point defect) 밝은점, 중간밝기의점, 어두운점, 연결된점결함, 핀홀, 미세한기포, 이물질등을이르는일반적인용어. 정전기, 먼지입자에의한 TFT 소자, 화소전극, 축적용량을형성하는패턴의유실또는축적용량혹은화소전극이신호배선과 Short 불량이발생되면나타난다. 점결함에의한화소 (Pixel) 결함은패턴의유실에의한 TFT 및화소전극형성결함과패턴사이의 Short 가원인이될수있다. 패턴사이의Short 에의한결함은 TFT 전극들의 Short, 화소전극과신호배선의 Short, 이웃한화소전극사이의 Short 등이있을수있다 정렬불일치 (Miss-Align) 상하기판또는층간에형성된패턴의위치가일치하지않는현상 정적구동 (static driving) LCD 의가장기본적인구동방식으로하나하나의화소에서화소전극을인출하여그화소전극과그것에대응하는한개의 COM( 공통 ) 전극과의 95

96 LCD 표준용어해설집 사이에구동전압펄스를인가하는방식이다여기서구동전압펄스의진폭을변화시키는것에의하여 LCD 에인가하는전압을자유롭게변화시킬수있으므로 Gary-Scale 표시가용이하다는특징을가지고있다. 또콘트라스트도충분히얻을수있다. 그리고이구동회로는비교적간단한구성이라는장점을가지고있다. 그러나각화소에서화소전극을인출하지않으면안되기때문에화소수가많아지면이것에따라서화소전극증가하는결점이있다. 현재는멀티플랙스구동방식에의한 LCD 의화질향상이이루어져스태틱구동방식은거의사용하지않게되었으며, 일부의대형 LCD 난표시용량이작은세그먼트타입의소형숫자표시관등에사용되고있다. 모든픽셀이동시에연속적으로어드레스되는구동법 조직 (Texture) 편광현미경하에서관찰되는얇은액정층의사진 Ex. Schlieren Texture common bar와 pixel ITO 사이의고전압차이때문에강한전장의왜곡이발생하고, 그힘에의해액정의 director 가원치않는방향으로눕게만든다. 그힘이강해서원치않는액정운동이 pixel ITO 내에까지밀려들어오면서그림2.5의좌측사진과같은 texture를형성하게된다. 이현상이발생하는영역을자세히살펴보자. Texture 가발생하는부위는 common이드러나있는모든부분이아니고, CF pattern과 common 이드러난부분이겹친곳이다. 예를들면, 좌측그림에서파란색타원부분에는 common bar 도드러나있고, CF pattern 도겹쳐저있는부분이다. 이런부분에서는 CF pattern 에의해액정이눕는방향이결정되는것이아니고, TFT 쪽의 common 에의해액정눕는방향이결정되므 96

97 1. 일반용어 로, 액정이원하는방향으로움직여주지않는것이다. 따라서, CF pattern이없는곳에서는 common bar가 ITO 외부로드러나있어도 common 에의한 fringe field 가오히려 domain 을더안정되게만들어주는역할을한다. 요약하면, CF pattern 이있는곳에는 common bar 가 ITO 밖으로드러나지않아야 texture가발생치않는다. discrination line < 기존구조 > < 변형구조 > 119. 주사선 (Scanning Line) TFT 기판중에서 Gate 전극에신호를전달하는횡방향의배선. Gate Line 이라고도하며, 수평방향에있는화소행을선택하는역할을가지며, 선택된주사선에연결된각화소의 TFT 는도통상태가되고, Data 선에서의표시신호가각화소에기입된다. 주사선내의신호지연은화질에중요한영향을주기때문에지연이적은저저항주사선이요구되고있다. 97

98 LCD 표준용어해설집 120. 주사전극 (scanning electrode) 매트릭스디스플레이에서, 일정한주기로표시소자에서주사신호전압이인가되는전극 중간계조 (grey scale) 인간의시각이느끼는빛의양을단계적으로나눈것액정을완전히닫는데는일반적으로약 5V 정도의전압이필요따라서 0V~5V 사이를몇개의단계로구분한것을 gray scale 이라함이러한단계는액정분자의회전각도 (tilt angle) 에달려있다. 최대휘도와최소휘도의사이에중간계조의표시. Digital 신호입력에는 2, 3, 4, 6, 8 Bit 에대응하는 4, 8, 16, 64, 256 계조가있다. Analog 신호입력에는무한계조의표시가가능하며, 계조표시의방식에는액정구동전압변화와 Frame 간의시간변조등이있다 T Tilt angle 100% 50% Tilt angle Vth Vsat V 액정의 threshold 전압 : 투과율이 90% 가되는전압액정의 saturation 전압 : 투과율이 10% 가되는전압 98

99 1. 일반용어 122. 지지판 (support plate) 액정셀의기계적구조를형성하면서, 여러가지막 ( 전극, 표면배향막 ) 이도포된유리나플라스틱으로만들어진투명한판 직사광방법 (direct (light) beam method) 표시장치표면에직접입사광선을조사한다음휘도나대비를측정하는방법. 표시장치에서표면에서나오는빛을직접계측기로휘도, 색을측정하는방법 직접어드레싱 (direct adderssing) 신호를 1개의픽셀에대응시켜어드레싱하는방법. 그러므로, 그룹으로또는동시에모든픽셀을개별적으로어드레싱할수있게된다 직하형백라이트 (direct backlight) 반사판, 확산판등으로빛의휘도와균일도를조절하기위하여디스플레이스크린뒤에부착된광원. 99

100 LCD 표준용어해설집 Lamp 위치에따른 Backlight Unit 은직하형과 Edge 형이있다. 직하방식은 LCD Panel 의밑면에광원을두어, Panel 전면을직접조광하는방식으로, 광원은주로냉열음극관이사용된다. 직하방식의특징은양산화가용이하며, 경량화를기대할수있고고휘도를얻을수있지만냉열음극관은내열, 그리고광균일문제가있다. < 직하형백라이트 > 126. 초 ( 超 ) 꼬인네마틱액정 (super twisted nematic liquid crystal [STN]) 상하기판사이에서약 180 도에서 270 도가량꼬인구조를가지는네마틱액정. TN 디스플레이에서전기-광학곡선의급경사는높은다중구동응용에서수용할만한대비비와시야각을줄만큼액정의물질상수만을변화시 100

101 1. 일반용어 꼬인네마틱액정 (TN) 초 ( 超 ) 꼬인네마틱액정 (STN) 켜충분히증가시킬수없다. 그러나 90 도에서 180~270도까지층비틀림각을증가시킬수있고, 가파른전기-변형곡선은높은대비비와많은정보용량을요구하는응용에서직접다중구동디스플레이에적합하다 최외곽공통전극 (Peripheral common electrode) 한화소내에서데이터전압의간섭을없애기위해, 데이터배선주위에형성되는선형태의공통전극 측면색재현성 측면, 즉상하좌우또는임의의대각방향에서액정 Panel 을볼때인지되는색재현성. 아래그림은국제조명위원회 (CIE) 에서정의된 1931 색공간 (Color space) 이다. 타원의내부는자연계에존재하는색을나타내고디스플레이는삼각형내부의색을표현할수있다. 이면적을색재현범위라고하고특정기준 (NTSC, srgb) 의면적에따른비율을색재현률이라고한다. 101

102 LCD 표준용어해설집 0.9 NTSC srgb 0.6 y x 1931 CIE 색공간 액정디스플레이는관찰자의관찰각에따라정면대비색좌표가변화하므로색재현률이달라진다 측면광원 (edge light/side light) 반사판, 확산판, 도광판등으로빛의휘도와균일도를조절하기위하여디스플레이스크린옆에부착된광원. LCD Panel 의한측면혹은양측면에광원을놓고, 도광판및반사판에광선을반사, 확산하는조명기구로서, 주로광원으로는냉, 열음극관형광등, LED 을사용할수있다. 이방식은, 직하식과비교하면경량화에불리한반면, 휘도광지향조절이용이하고 Total System 으로서유리하며, 내구수명도긴장점이있다. 102

103 1. 일반용어 < 측면광원 > 130. 카이랄상 (chiral phase) 자발적으로꼬임상태를나타내는액정상 컬러필터 (colour filter) 컬러액정표시소자에서특정한파장영역의빛 ( 빨강, 파랑, 초록 ) 을선택적으로투과시키는필터. TFT-LCD 의 Color 화면은백색광인백라이트가 unit 액정 cell 을통과하면서투과율이조절된후각액정 cell 위에배치된 Red, Green, Blue 의컬러필터층을투과해나오는빛의가법혼색을통하여이루어진다. 컬러필터기판에는색상을구현하는 RGB 컬러필터패턴뿐만아니라 unit cell 사이의광을차단하는 Black matrix(bm) 와액정 cell 에전압을인가하기위한공통화소전극인투명전극 (ITO) 박막이설치된다. 컬러필터의배열방법은다음그림과같이 stripe 배열, mosaic배열,delta 배열방식등이일반적이다. Stripe 방식은컬러필터제조공정이상대적으로쉽고 TFT-array 의설계에서도배선길이와개구율에서유리하여고해상도데이터용디스플레이에주로사용된다. Mosaic 배열도 TFT-Array 의설계적인측면에서는 stripe 방식과동일하지만컬러필터제조공정에서 RGB 패턴이띠형태가아닌각화소마다패턴이구분되게형성해야하는어려움이있다. Delta 배열방식은저해상도에서혼색성이우수하여그래픽데이터표현이많은경우와동화상을주로사용하는 103

104 LCD 표준용어해설집 TV 용의 LCD 에주로사용된다. 그러나 delta 배열에서는 TFT-Array 의데이터신호배선이상대적으로길어지고개구율이감소하는단점이있다. R G B R G B R R G B R G B R R G B B R G R B R G B R G B R B R G B R G B R G B R R G B R G B R G B R G B R G B R G R G B B R Stripe 배열 Mosaic 배열 Delta 배열 컬러필터는 RGB 컬러필터형성에사용되는재료에따라 pigment( 안료 ) 방식과 dye( 염료 ) 방식이있으며제작방법에따라염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법등으로분류할수있다 켜짐응답시간 (turn-on time) 액정구동전압이 OFF 전압에서 ON 전압으로바뀌었을때, 휘도가 90% 에이르는데걸리는시간백색바탕모드의경우백색명시도의 10%, 흑색바탕모드의경우백색명시도의 90% 까지변화하는데걸리는시간. 이시간은꺼짐하강시간과지연시간의합이다. 액정은고분자물질로써전기장의변화에빠르게응답하지못하고어느정도의시간을두고액정분자의배열이안정된상태가된다. 또, 점성, 탄성력이응답시간과밀접한관계가있다. 이러한응답시간의지연은화면에 Motion Artifact 을남기어동화상을구현할경우화질이저하된다. 104

105 1. 일반용어 액정의시간지연에따른배열분포의변화는 LCD 화면에서밝기의차이로나타나는데이밝기의변화를측정하면응답시간을알수있다. 백색바탕모드의경우전입이인가되지않았을때의휘도를 100 이라하고, 전압이인가되었을때의휘도를 0이라고가정할경우켜짐응답시간은휘도가 100 에서 10 으로변하는데걸리는시간이다. 흑색바탕모드의경우전입이인가되지않았을때의휘도를 0이라하고, 전압이인가되었을때의휘도를 100 이라고가정할경우켜짐응답시간은휘도가 0에서 90으로변하는데걸리는시간이다. T 100% 90% White 10% 0% Black 켜짐응답시간 꺼짐응답시간 < 흑색바탕모드 > 133. 콜레스테릭상 (cholesteric phase) 평면에서액정의방향자가네마틱질서도를기지며평면에수직한방향으로방향자가나선을가지는액정상 크로스토크 (cross-talk/cross modulation) 표시장치에서다른부분에표시된화상에의하여휘도변화가생기는현상. 넓은의미로서화소간의신호간섭이다. 전형적인예로 simple matrix 105

106 LCD 표준용어해설집 에서는석택되어있지않은화소열에서도표시신호가왜곡되어대비비의값이저하된다. Active matrix 방식은상대적으로크로스토크가작지만 TFT 소자가이상적인스위치동작을하지못하기때문에크로스토크가발생한다. 이때문에 TFT 소자의특성개선이나구동방식의최적화에의하여크로스토크를배제하고있다 테이프캐리어패키지 (tape carrier package) 구부릴수있는인쇄된 PCB 위에 IC 칩을실장하는방법 투과디스플레이 (transmissive display) 외부의광원으로부터빛을투과시켜광량을조정하는디스플레이소자 투과율 (transmittance ratio) 투과형 LCD 장치에서입사된광량과출사되는광량의비. 투과율은백라이트또는표준광원에서나오는빛의양을 100 이라고가정할때이빛이최종적으로패널을투과하고난후에나오는빛의양의비로써나타낸것이다. 일반적으로액정의투과율은약 98%, 유리및투명전극 (ITO) 의투과율은 89%, 편광판의투과율은 38%, 그리고컬러필터의투과율은 33% 정도이다. 따라서 TFT 에서개구율이 55% 라고가정할경우총투과율은약 6% 정도로써액정디스플레이소자의광효율은매우낮다. 106

107 1. 일반용어 138. 투명전도성층 / 투명전극 (transparent conductive layer/transparent electrode) 액정 cell 의기판위에위치하는투명한전도성막이나전극. 일반적으로 ITO(Indium Tin Oxide) 가사용된다 투명점 (clearing point) 등방상으로전이에대한액정의상전이온도 투영표시장치 (projection display) 판넬에표시된영상을광학시스템으로확대시켜스크린에투사시키는방식의영상표시장지 파이셀 (pi(π) cell) 반파장값의위상지연을가지면서전기장을인가하면액정방향자가벤드상태를이루는액정셀 패턴드수직배양모드 (PVA mode) Pixel 전극과대향전극의 ITO 투명전극을일정간격으로절개하여형성된 Fringe Field 를이용하여액정분자의 Tilt 방향을조절하므로써광시야각을달성할수있는액정표시모드. 107

108 LCD 표준용어해설집 Com Electrode Ε Ele c tric Fie ld Pixel Electrode 143. 편광자 (polarizer) 입사광의특정한방향으로편광된성분만투과시키는광학소자 프레임주파수 (frame frequency) 1 초당구동되는프레임수 프레임비조절 (frame rate control) 한개의프레임을몇개의서브프레임으로구성하여그중 on 상태로된서브프레임의갯수로화상의명암의정도를표현하는기술 프린지전기장 (Fringe Field) Pixel 전극또는대향전극의투명막인 ITO 가절개된부분에서형성되는전계로 PVA Mode 에서액정분자의 Tilt 방향을결정해주는전기장.VA mode 에서글라스에수직한방향을 z 축으로잡았을때, 전기장의 x-y평면성분을말함 핀홀 (pinhole) 화소전극, black matrix 등에생기는작은결함. 108

109 1. 일반용어 148. 하강시간 (fall time) 액정구동전압이 ON 전압에서 OFF 전압으로바뀌었을때, 투과또는반사된빛의명시도가백색바탕모드의경우백색명시도의 10% 에서 90% 로, 흑색바탕모드의경우백색명시도의 90% 에서 10% 로변화하는데걸리는시간. 100% 90% White 10% 0% Black 상승시간 하강시간 < 흑색바탕모드 > 149. 화면깜박임 (flicker) 같은상태의화면이밝기가일정하지않고시간에따라서변하는현상. 패널의화상에깜박임현상이있을때 flicker 가있다고한다. 플리커는 Vcom 전압에대하여데이터전압의 positive와 negative 전압사이에차이가날때발생한다. 사람이깜박거림을감지하는것은개인간차이 ( 나이등 ), 개인상태 ( 피로도등 ) 의차이에의하여각기다르므로 flicker 를정량화하기는어렵지만일정한휘도에포함된특정주파수의에너지변화량으로정량화를시도할수있다. 이때주파수에따라사람이느끼는정도가다르므로적절한 weight factor가적용되어야한다. 109

110 LCD 표준용어해설집 150. 화소전극 / 신호전극 (data electrode / signal electrode) 행렬식화면표시소자에서주사신호와동기화된화소신호전압이인가되는전극 화소 (pixel) 디스플레이의모든기능을가능하게하는가장작은요소 확산광방법 (diffused light (beam) method) 표시장치표면에산란된빛을조사한다음휘도나대비를측정하는방법.( 적분구이용 ) VESA 측정법적분구 적분반구 153. 확산판 (diffusing plate/diffuser) 광원으로부터나오는빛을확산시켜디스플레이장치로균일하게조사시키는광학소자. 측면광원방식에서도광판으로부터출사된광은정면방향의빛이적 110

111 1. 일반용어 고, 법선방향에대하여각도를갖고있는광이많기때문에, 이법선방향의광을굴절효과에따라, 정면방향으로변화시켜정면휘도를높게하고균일도를높여준다. 아래그림및사진은확산판에대한기본구조를나타낸것이다. Base Film PC : 압출, 저비중, 고투과 PET : 2축연신 Front Coating Back Coating 154. 회로 ( 구동 ) 전압 (logic (drive) voltage) 액정디스플레이모듈구동회로내의인터페이스및 address 회로를구동하는전압 후방투영표시장치 (rear projection display) 스크린뒷면에설치된투사기로투사하여표시하는투영표시장치디스플레이형태에따라서투사형 LCD 와직시형 LCD 로나눌수있다. 주로대면적의화상디스플레이를구현하기위해사용되며, 광원을 2 차원의화상정보를이용하여제어하여공간상에배치된스크린에투사하거나고휘도의영상이나데이터화면을광학장치를이용하여스크린에확대투사함으로써대화면의화상을얻는디스플레이장치이다. 주로 111

112 LCD 표준용어해설집 40?( 인치 ) 이상수백인치의화상을얻을수있다. 이러한투사형 LCD 는스크린과투사광원의위치에따라후방투사형 (rearprojection) 과전방투사형 (front projection) 으로구분된다. 투사형 LCD는라이트밸브, 광학계, 회로계및기구계로구성되어있다 휘도반치각 (Half luminance angle) 정면휘도의 50% 이상이유지되는경사각. 아래그림은수평방향에서의휘도반치각을예로보여준다 흑백디스플레이 (monochrome display) 한가지색이나흑색또는백색만을사용하는디스플레이 FFS 모드 or 모서리전계수위칭모드 (Fringe Field Switching 112

113 1. 일반용어 Mode) 하부기판에투명금속을이용하여사각플레이트모양의상대전극과꺽쇠모양의화소전극을절연층을사이에두고형성하여, 전기장인가시두전극간에프린지필드가형성되어, 수평배향된액정을회전시킨다. 이때상대전극과화소전극의전극위나전극모서리등을포함한전영역의액정분자들을회전시켜고휘도, 광시야각특성을갖는액정표시소자혹은하부기판에전극과전극사이의전계뿐만아니라전극의모서리전계까지이용하여수평배향된액정을회전시켜화소의전영역에서광을투과시키는고휘도, 광시야각특성을갖는액정표시소자 IPS 화소전극과공통전극을모두하판에형성함으로서, 액정 director 의방향이면내에서만움직이게하는액정모드 ITO 전극간격 절개된 Pixel ITO 전극과 ITO 대향전극사이의간격 LCD 모듈 (liquid crystal display module) 액정디스플레이셀과전자구동소자가결합하고있는디스플레이소자. 다음은측면광원방식의 LCD 모듈의일부를나타낸것이다. 113

114 LCD 표준용어해설집 LCD Panel B/L, 샤시 Unit 구동회로 Unit 162. LCD 제어기 (LCD controller) LCD 에필요한신호를드라이버회로나 IC 로공급하는제어기. LCD 의디스플레이방식은디지털로입력되는각화소 (Pixel) 데이터를 Drive IC를이용하여아날로그데이터값으로바꾸어한 line 씩 LCD panel 에전달하는방식이다. 여기에는화소에전달되는전압값을한 line 간격으로내려주는 Source Driver IC 와각화소의전압값이화소에전달될수있더로 Gate 를 On 시켜주는 Gate Driver IC 에의해행해진다. 이 Drive IC 를구동하기위해서는 Driver IC 를컨트롤하기위한신호가필요하고이신호는 Timing control IC에서만들어준다 LCD 셀 (liquid crystal display cell) 현재의정보에빛을조정하기위해사용되는액정셀 V-T 스티프니스 (V-T Steepness) 114

115 1. 일반용어 LCD Panel 에인가된전압에대해 Cell 내의액정분자가거동함으로써나타나는휘도사이의관계로휘도가 10% 에서 90% 로변화할때의기울기값. 115

116 LCD 표준용어해설집 1. 수동매트릭스구동방식 (Passive matrix addressing schemes) 1-1. 각종 LCD 수동매트릭스구동방식 (passive matrix addressing technologies of various LCDs) TN LCD, STN LCD 은실용화되어넓게보급되고있다. 이러한 LCD 수동구동방식은구동이론및실용회로가확립되어있다. 전기광학효과가인가전압의실효치의존성을표시하며, 이것을기본으로개발된전압평균화법이대표적예가있다. 한편, 보지특성을가지는쌍안정네미틱액정, 콜레스틱액정혹은메모리성을가지는강유전성액정은각각의전기광학특성에맞게고유의구동법이개발되었다 실효치의존성 (rms-responding characteristics) TN LCD 및 STN LCD 는전기광학특성에서는실효치의존성을나타낸다. LCD 에서인가전압실효치에대해서광학응답, 예를들어서, 투과율혹은반사율이결정된다. 하나의예로서, 간차 ( 순차적 ) 펄스전압실효치는다음식으로나타낸다. V rms= V p Tw T (1) 여기서, Vp: 펄스전압, Tw: 펄스폭, T: 펄스주기를표시한다. TN 및 STN LCD 광학응답은인가전압 Vrms 에의존하기때문에간차적 ( 순차적 ) 펄스전압에대해서광학특성은인가펄스실효전압에의존된다. 이실효치의존성을기본으로구동이론이확립되어, 각종구동방식이개발되었다. 116

117 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 1-3. 매트릭스구동및선순차주사 (matrix addressing and one line at a time) 매트릭스구동에는점순차주사, 선순차주사, 면주사가있다. LCD 매트릭스상에분획시이것을 1라인씩순차주사시한화면에화상정보를전달, 이것을수십Hz 로반복하여화상을표시하는방식이다. 또, 면주사에서는화소의매트릭스에행및열로부터정보를입력, 복수입력정보에의해화면을표시하는방식에있다. 점순차주사는한개씩화소에순차화상정보를입력하는방식에있다. LCD 에서는고속스위칭특성을가지는저온다결정실리콘 TFT 을화소스위칭으로서액티브매트릭스 LCD 에사용된다 크로스토크 (Crosstalk) 수동매트릭스 LCD 에서는 X,Y 배선의교점에액정셀이접속되어있다. 이액정셀은전기적으로용량성을가지고있다. 이것은전기적으로양쪽방향으로있기때문에크로스토크가발생하기쉽다. 크로스토크는선택된 on 표시주위에오동작으로 on 된화소가발생하는현상이다. 이것은, X,Y 배선을구동하면서단순한단락, 개방스위칭을사용하는경우에현저히보여주는현상에있다. 도. 크로스토크현상 117

118 LCD 표준용어해설집 /2 바이어스, 1/3 바이어스구동 (1/2 selection, 1/3 selection method) 세그멘트표시의표시화소수가적은디스플레이에서는크로스토크를억제하기위해서비선택전극에선택전압 1/2 혹은 1/3 바이어스전압을인가하는 1/2 바이어스구동혹은 1/3 바이어스구동이사용된다. 우선 1/2 바이어스법은선택시인가전압의 1/2 에있는바이어스전압을비선택시에액정셀에교류구동인가한다. 도.1/2 바이어스구동법의구동파형 이방식으로구동시액정소자에인가하는전압에대해서는실효전압에대해서고찰할필요가있다. 이 on/off 전압비는다음식으로나타낸다. V V on off 1 = V 2 0 N + 3 N 1 (1) 118

119 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 1/3 바이어스법에서는선택시의인가전압의 1/3 에있는바이어스전압을비선택시에액정셀에인가한다. 앞에서동일하게구동하며이때의 on/off 전압비는다음과같다. V V on off 1 = V 2 0 N + 3 N 1 (1) 1/2 바이어스법은 2라인, 3라인주사시분할구동으로사용하는경우가많다. 전원전압의절대치가작아도되므로디지털시계의문자표시를시분할구동으로사용되고있다. 1/3 바이어스법은 4라인부터 8라인주사정도시분할구동으로사용하는경우가많다. V V N + N on 1 8 = V0 off 2 (2) 1-6. 전압평균화법 (1: a amplitude selection method) 수동매트릭스 LCD 구동방식중에서실용상가장일반적사용되는전압평균화법에있다. TN LCD, STN LCD 의전기광학효과는실효전압의존성을나타내는대표적인구동법이다. (a) 와같이주사전극에는선순차적으로주사펄스전압을인가한다. 대항하는신호전극에는 on 표시시에주사펄스와역상의신호전압을인가하여 off 표시경우에주사펄스와동일한상태의신호전압을인가한다. 이때에, on 화소및 off 화소에인가하는구동전압파형은 (b) 에나타냈다. 119

120 LCD 표준용어해설집 (a) 주사펄스전압및신호파형 (b) 화소인가전압의파형도. 전압평균화법에있어서각부의구동파형 on 전압, off 전압의각각실효치은다음식으로나타내다. 2 V0 a 1 V s = 1+ a N (1) 2 V0 ( a 2) 1 V ns = 1+ a N (2) 여기서, V = V s + V 0 b Vs + V a = V b b 120

121 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 이때에 on/off 전압비는다음식와같다. V V s ns = 2 N + a N + ( a 2) 1 (3) 식 (3) 에서주사라인수 N이크면클수록전압비는 1에가깝다. 그래서, LCD의전기광학특성에있어서문턱치의급준성이요구되어진다 전압평균화법최적구동조건 (maximizing condition of driving voltage ratio for 1: a amplitude selection) 전압평균화법에있어서전압비를가능한크게하여콘트라스트향상시킬수있다. 여기서, 전압비의최대화조건을구하면다음식으로나타낼수있다. a = N +1 (1) 이때에최대전압비 a 는다음식와같다. α = N + 1 N 1 (2) 최대전압비 a는주사라인수n 이크면클수록 1에가까운것을나타내며. 예를들어서 N=100 경우 a=1.1 에있다. 이것은 LCD 의문턱식특성에요구되어진급준성의지표가된다. 121

122 LCD 표준용어해설집 1-8. 전압평균화법의구동파형 (driving waveforms for 1: a amplitude selection) 전압평균화법에있어서주사전극및신호전극에인가하는각부의구동전압은일반화된관계식을성립된다. 그중에서사용되어진구동파형의두가지예를그림으로나타내었다. (a) 은주사전압, 신호전압의각각최대전압진폭이동일하다. 비교적주사라인수가많은경우에사용된다. (b) 은신호전압의진폭을낮게할수있기때문에이론회로와동일한전원전압을이용하는것도가능하다. 도. 전압평균화법의구동파형 1-9. 이주파구동법 (dual-frequency driving scheme) LCD 특유의성질을응용한크로스토크방지법에있다. 임계주파수 fc 가존재하여, 화소에인가하는신호를이주파수로이분화하여 f1<fc<f2 되게한다. f1 은직류혹은저주파신호, f2 는고주파신호를인가한다. 저 122

123 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 주파수영역에는 Δ 가양, 고주파수영역에는 Δ 가음을표시하는액정재료를사용된 LCD 에서는, 저주파신호 f1 을인가하여도액정을활성화하여 on 상태가된다. 한편, 고주파신호 f2 을인가하면액정의활성화는억제되어져 off 상태가된다. 이것을응용하여신호전압의저주파수에있는 VD(f1) 는 on 신호, 고주파수 VD(f2) 는 off 신호가된다. 하나의예를그림에표시하였다. 주사전압을선택시에 1/2 V0, 비선택시에 fh 로서, 신호전압을, 선택시에 -1/2V0, 비선택시에 fh 가된다. on 화소에는 V0 가인가되어져, 크로스토크전압은 0 혹은 1/2 V0 + fh 가되어져크로스토크현상이억제된다 중간계조표시법 (modulation for displaying half-tone images) Passive LCD 에서계조로화상표시하기위해서는각종의중간계조표시법이사용된다. 소형 Passive LCD 는펄스폭변조 (PWM: Pulse Width Modulation) 방식이사용되었다. 표시용량이크면클수록 PWM 방식에는표시무라발생이쉽게일어나기때문에 FRC(Frame Rate Control) 방식이개발되어넓게사용된다. 광학응답고속화로동반한 FRC 방식에는플리카 (flicker) 가발생하기때문에, 각종의중간표시방식 (PHM: Pulse Height Modulation), AM(Amplitude Modulation) 방식, 전압 / 펄스폭변조방식이개발되었다 펄스폭변조 (PWM) 방식 (Pulse Width Modulation) 전압평균화법에는어떤표시 dot(dij) 에인가되는전압파형에는비선택기간에인가된전압이 ±Vd 가되며, Dij 이외의 dot 에는영향이없는상태로되어있다. 펄스폭변조방식 (PWM) 은이관계를무너뜨리지않는모양으로 1선택기간에할당하는데이터신호전압을 Vd 와 +Vd 을조합 123

124 LCD 표준용어해설집 하여인가한다. 다시말해서, on 전압 -Vd 의펄스폭을변조하는방법에있으며, 화상신호에따라서화소에인가되는실효전압을변화시키는방법이며, -Vd 및 +Vd 와의차에의해중간계조를표시하는것이가능하다. 예를들어서, 8계조표시경우에 1선택기간을 7등분하여 on 전압와 off 전압을짜맞추어 8가지의펄스신호를사용하여 8계조를표시할수있다.( 그림1) 이방법은표시라인수 ( 계조 ) 가증가함에따라액정의주파수가증가하여표시무라발생이쉽게일어난다. 이때문에주로소형 LCD에사용된다. 도. 펄스폭변조방식 124

125 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 화면비율조절방식 (Frame Rate Control scheme) STN LCD 가프레임주파수에비교하여전기광학응답이늦고, 인가전압의실효치에의해 on-off 을제어하는것을착목하여, 프레임단위로화소를 on-off 시켜서중간계조를표시하는 FRC(Frame Rate Control) 방식에있다. 그러나, 전기광학응답특성이늦은 STN LCD 는넓은면적에동시에 on-off 를시키면화면전체에휘도변화일어난다. 여기서, FRC 방식은각프레임에서의표시on-off 수를균일하게하는공간변조FRC 방식을이용된다. 그러나, 공간변조FRC 을사용해도화면이바뀔때낮은계조일때주파수를낮은계조경우에는플리커 (flicker) 표시가발생하기쉽다. 프레임주파수 70Hz 전후에는 8계조표시는한계가있다. 이때문에다계조화에는프레임주파수를 100Hz이상으로할필요가있다. 도. FRC 방식 125

126 LCD 표준용어해설집 진폭변조 (AM) 방식 (amplitude Modulation scheme) AM 방식은표시데이타계조정보에의해중간전압을가하여계조를표시하는방법에있다. 이경우, 단순하게 on 전압의진폭을변조하여도비선택기간전압이표시데이터계조의해서달라지기때문에화소에인가전압실효치는일정하지않고, 표시정보에크로스토크가발생된다. 이것을방지하기위해서, AM 방식에서는 2사이클 ( 프레임 ) 에서보상되기위해홀수프레임, 짝수프레임의각각의중간전압을정한다. 이것에의해비선택기간전압실효치는 2사이클에서일정의값을가지며, 크로스토크를방지할수있다 펄스높이변조방식 (Pulse Height Modulation scheme) 진폭변조계조표시방식와다르며, 펄스높이변조계조표시방식 (PHM) 은 1선택기간을이분획하여전반및후반으로보상하도록중간계조전압을결정하고, 이것에의해 PHM 방식은 on 전압의진폭을변조하여도비선택기간에서일정한전압실효치를가져크로스토크를방지할수있다 전압 / 펄스폭변조방식 (Amplitude and Pulse Width Modulation scheme) 펄스폭변조방식에는구동주파수가높아지는문제가있다. 이것때문에전압진폭와조합하여구동주파수를저감하는전압 / 펄스폭변조방식에있다. 하나의예로, 1선택기간을 3등분하여 3가지의다른전압을인가시, 이것을조합하여계조표시를나타낸다. 126

127 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 2. 능동매트릭스구동방식 (active matrix addressing scheme) 2-1. 각종능동매트릭스 LCD방식 (various active matrix LCDs) 능동매트릭스 LCD 는매트릭스각화소에다이오드, 트랜지스터비선형능동소자를배치하여근본적으로주위에들어오는크로스토크패스를차단하여크로스토크를방지한다. 능동매트릭스 LCD 에서는화소의회로구성에의해크게나누어지며다이오드방식, 더블다이오드방식, MIM(Metal-Insulator-Metal) 방식, TFT 방식, 또한플라즈마어드레싱방식이있다. 이중에서도 TFT방식이가장많이사용된다 다이오드방식 (diode matrix scheme) 각화소에다이오드와직렬로액정셀에연결하여크로스토크패스를차단한다. 그러나, 이방식에는교류전압으로액정셀을구동하는할수없다. 도. 다이오드방식에있어서크로스토크패스의차단 127

128 LCD 표준용어해설집 2-3. 더블다이오드방식 (double diode matrix scheme) 한개의화소에 2개다이오드를사용하는방식에있다. 이방식에는액정셀의구동전압을인가, 유지, 극성반전시켜서액정셀에교류구동한다 더블 Threshold 방식, MIM 방식 (double-threshold device matrix scheme and Metal-Insulator-Metal matrix scheme) 양, 음의쌍방향다이오드특성을가지는 MIM(Metal-Insulator-metal) 을스위칭하는화소구조를가지는더블다이오드방식에있다. 주사선에양전압펄스를인가하고신호선에음전압펄스를인가하여순방향에다이오드가도통하여액정셀및보지용량에화상신호를입력한다. 다음단계이후주사할때에는주사선은 0전위로되며, 신호선의신호전압이다이오드의 threshold 전압이하가되면다이오드는 cut-off 로되어화상신호가보지되어진다. 주사선와신호선으로인가전압의극성을반전시켜서교류구동을한다. 도. 더블 Threshold 방식 2-5. TFT 방식 (TFT matrix scheme) 스위칭박막트랜지트 (TFT) 화소구조를가지는 TFT 방식에있다. 가장 128

129 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 폭넓게사용되어지는액티브매트릭스 LCD 는 TFT 방식, TFT LCD 에있다. TFT 방식에서교류구동을행하는반전구동방식에는화면반전법 (frame inversion), 행반전법 (line inversion), 점반전법 (dot inversion), 열반전법 (column inversion) 등이있다 화면반전구동법 (Frame-reversal drive scheme) 한화면에서전체화소에동일한극성신호를인가하고화면이바뀔때마다화소전체의극성을바꾸는방식이다. TFT LCD 하나의화소에 1TFT + 1 커패시턴스로구성된전형적인등가회로를나타내었다. 통상, 선순차주사방식으로매트릭스에주사신호가인가하여화상신호를저장한다. 1화소의반복적인주사주파수를프레임주파수라고말한다. 일반적으로플리커 (flicker) 발생하지않는조건에서, 프레임주파수는 60~80Hz 로한다. 한주기는약 12~16ms 가되며, 주사라인수를 480 경우에한라인의주사시간은약 25~33us 가된다. 1화소동작은 1라인주사시간내에화상신호를저장, 한주기사이에이신호를보지한다. 그러므로, 하나의라인주사시간 25~33us 내에 TFT 을 on 하여보지용량및액정셀에신호전압을전달한다. 다음라인에이동할때에 TFT 를 off 하여이신호전압을약 1주기 12~16ms 사이, 보지용량와액정셀에보지한다. 이와같이저장. 보지가기본동작이된다. 한편, 액정셀을교류구동이필수적이다. 즉, 액정셀에인가하는전압의극성을교대로반전하는필요가있다. Common 전압을일정하게주고프레임마다신호전압의극성을 common 전위에대해서반전하는화면반전법에있다 행반전구동법 (line-reversal drive scheme) 1 라인주사할때마다신호전압의극성이바뀌는방식이다. 이것에의 129

130 LCD 표준용어해설집 해, ΔV 에기인하는표시무라를줄일수있다. 이때문에구동신호의주파수가높게되며, 구동회로의소비전력이크게된다. (a) 주사라인반전 (b) 신호라인반전도. 라인반전구동법 2-8. 점반전구동법 (dot-reversal drive scheme) 이웃하는화소 (dot) 마다신호전압의극성이서로다른형태로극성이바뀌는방식이다. 이방식은 ΔV 에기인하는표시무라를제어하는데적합하다. 그러나구동신호의주파수가높게되며, 구동회로의소비전력이증가된다. 도. 점반전구동법 2-9. TFT-LCD 계조표시방식 (half tone modulation for TFT-LCDs) 화소를 on, off 시키기위한방법이며화면에명암을나타내기위해서는계조를표시할수있는구동방식이필요하다. TFT LCD 의계조표시방식에는펄스폭변조, 화면비율조절방식 (FRC), 면적변조가있다. 펄스폭변조방식이가장많이사용된다. 진폭변조에는아날로그신호를입력하는아날로그드라이브 LSI, 혹은디지털신호를입력하는디지털드 130

131 2. 액정구동 (addressing technology for LCDs) 라이브 LSI 가있다 오버드라이브방식 (overdrive scheme) LCD 광학응답을개선하기위해서는광학응답과도시에최대전압을순식간에인가하여광학응답을빠르게한다. LCD 의동화표시에있어서광학응답성의개선책으로사용된다. 131

132 LCD 표준용어해설집 1. Array 1-1. Glass and Panel 하나의 Glass 에서는 TV, Monitor, Notebook, Application 등의다양한 Panel 제품이만들어진다. 또한 Panel은 Mother glass 의 Size및각모델별크기에따라다양한면취수를가지게된다. Mother Glass 크기가정해지면인치에따른모델의제품수도정해지므로 Glass Size 결정은장비뿐만아니라제품시장에도큰영향을끼치게된다. 그림 1-1 에는 Mother glass 에서 4개의 Panel 이만들어지는예를나타내었다. 하나의 Panel 는 TFT array 로구성된하판과 Color Filter 로구성된상판으로크게이루어진다. 그림 1-1. Mother Glass 및 Panel 구성도 132

133 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design 1-2. Panel 구성 TFT 패널의구조를다음그림 1-2 에나타내었다. TFT-LCD 는 Color Filter 기판과 TFT 기판사이에액정이채워져있는구조로되어있다. 한 Pixel은 RGB(Red, Green, Blue) 3개의 Sub-Pixel로구성되고 Pixel 수에따라해상도 (SVGA, XGA 등 ) 가결정된다. TFT 기판은화상신호를전달하는 Data 선, 이화상신호를필요한시기에만 On/Off 하는 Gate 선이서 (a) Panel 구성 (TN mode) (b) 액정구동에따른빛투과원리 (TN mode) 그림 1-2. Panel 구성도 133

134 LCD 표준용어해설집 로 Matrix 로배열되어있다. Sub-Pixel 각각에위치한 TFT 는 Pixel 전극과 Color Filter 의Common 전극사이의액정에인가되는전압의크기를조절한다. 이러한인가전압의크기에따라배향된액정분자의방향이변화된다. 편광판에의해편광된빛은액정분자의방향에따라투과율이변화하여화상이구현된다 구동 mode 그림 1-2 에나타낸 TN mode 외에액정의특성에따라다양한구동 mode 가실현되고있다. 대표적인예로그림 1-3 에 In-Plane Switching (IPS)mode 와 Vertical Alignment(VA) mode 를나타내었다. IPS mode (a) IPS mode (b) VA mode 그림 1-3. 구동 mode 별전기장분포및액정거동 134

135 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design 는 Common 전극과 Pixel 전극이수평으로위치하여 Parallel Field 에의한액정의 twist 효과로빛투과량이조절된다. VA mode 의경우는투명전극 (ITO, IZO등 ) Edge 부분에서 Field 가강하게집중되면서, Field Distortion 발생하여액정 twist 및빛투과량을조절한다. 각 Mode는재료, 제조특성, 요구특성등에따라적용성이달리되고있다 TFT 제조공정과 Layer 특성 TFT 제조공정은크게 Gate 전극 절연막 / 반도체막증착 Data 전극 보호막증착 화소전극의단계로이루어진다. 다음그림 1-4 에는 TFT 공정을요약하였다. 또한각단계는모두 증착-Photo- 식각-PR strip 의일련된공정으로이루어진다. 그림 1-4. TFT 제조공정 다음은 TFT array 각 Layer 의특성을요약하였다. Gate - Gate Line 을통하여전달된전기적신호에따라 Source/Drain 사이의전류를제어하는역할을한다. 표 1-4 에는 a-si TFT 제조공정중 Gate 막에사용되는 Metal 특성을요약하였다. 135

136 LCD 표준용어해설집 표 Gate 막에사용되는 Metal 특성 Gate Insulator - Gate Insulator 는반도체막과 GATE 를분리하여반도체막으로흐르는전류가 GATE 전극으로흘러가지않도록하며, 일정한정전용량으로반도체층의전하량을조절하는절연체역할을한다. 비정질실리콘을이용한일반적인 TFT 에서는 SiNx 가사용되며, 다결정실리콘을사용하는 poly-si TFT 에서는 SiO2가사용된다. Active - Active 는 Gate 의전기적신호에따라전류가흐르는반도체역할을한다. 비정질실리콘을이용한일반적인 a-si TFT 에서는수소가함유된 a-si:h 가되며, Poly-Si TFT 에서는다결정 Silicon 이사용된다. 반도체층은 a-si:h 단독으로사용되지않고 n+a-si:h 반도체막을수백A 최상부에증착시켜구성된다. 이는 n+ 층을형성하여 Source/Drain 사 136

137 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design 이에서전류가원활히흐를수있도록하기위함이다.(Ohmic Contact 형성 ) 공정중에 Source/Drain 사이의 n+ 층은 n+ layer 식각을통해제거된다. 반도체층은두꺼울수록전류이득에유리하다. 하지만전류흐름 (Ion) 이클수록누설전류 (Ioff ) 도동시에커지므로두께와전류-전압특성을동시에고려하여설계되어야한다. Source/Drain - Source/Drain Metal 은 Pixel 로가는전기적신호를전달하는역할을한다. 화면에서세로줄에해당하는 Source/Drain Line 은 Gate Metal 에비해처음에서끝에도달하는길이는짧지만 Scan 수는가로해상도만큼커지므로저항 Load 가상대적으로크다. Mo, Cr, Al, Cu 등다양한적층구조의저저항물질이사용되고있다. Passivation - Passivation 층은완성된 TFT를외부로부터의오염이나파괴로부터보호해준다. 거의모든 TFT 공정에서보호절연층으로서 SiNx가사용된다. Pixel - Pixel 전극은 Drain 전극으로부터받은전기적신호와상판과의전위차로상하판사이의액정을움직인다. ITO, IZO 등의투명전도성막이사용된다. 이는빛을투과해야하는 LCD 패널의특성과액정을움직이기위해일정한전압을인가해야하는특성이동시에요구되기때문이다. TFT-LCD 에사용되는투명전도막은저항, 투과도의특성이가장중요하게여겨진다. 2. Design 2-1. Array and Unit pixel 구성그림 2-1 에는 TFT-LCD 의하부 Glass 를구성하고있는 Array 와 Array 를구성하는단위화소 (pixel) 을나타내었다. 설계시는 TFT, Capacitor, 137

138 LCD 표준용어해설집 Data/Gate Line 등의하부 Layer 위치와크기뿐만아니라상부 Glass 와의관계를고려한 BM(Black Matrix), Cell margin 등도고려해야한다. 일반적으로 TFT 설계시는 TFT 적층구조뿐만아니라폭 / 길이 (Width/ Length), Overlap 정도, 유형등을고려한다. Capacitor 설계시는단위화소에걸리는액정의기생전압 (Clc) 와전극크기를고려하여해당사이즈에맞는축적용량을정하게된다. Gate 와 Data line 설계시는저항, 공정성, RC delay 등을고려하게되며, 이에맞는재료를선택하게된다. 그림 2-1. Array 와단위 Pixel 구성 2-2. 등가회로구성 TFT-LCD 의 Sub-Pixel 등가회로및신호를설명하면그림 2-2 와같다. 138

139 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design 1) TFT : 일반적으로화소 (Sub-Pixel) 마다한개씩존재하며, Data Line 을통하여공급되는 Data 전압 (VDATA) 을화소전극에공급하는 Switch 소자로서 Gate 단자에임계전압 (Threshold Voltage,VTH) 보다높은전압인가시 Switch ON 한다. 2) Data Line : Panel에수직으로구성되고, Column Drive IC의출력 VDATA 을각화소의 TFT 까지전달하는 Line. 일반적으로 Line 수는 Horizontal 해상도 3(R,G,B) 이다. 3) Gate Line : Panel에수평으로구성되고, Row Drive IC에서순차적으로출력되는 Gate 전압 (VGATE) 전압을 TFT 의 Gate 단자에공급하여 TFT 를 ON-OFF 하며, Line 수는 Vertical 해상도와동일하다. 4) 화소 (Sub-Pixel) 전극 : 화상을표시하는영역이며, 상판 Glass 에형성된공통전극과의전위차에의한액정의 Twist 정도에의한광투과율의변화로원하는광량이조절되며, 다음 Refresh Time 까지액정의전압유지능력 (Holding Ratio) 를좋게하기위하여보조용량 (Storage Capacitance, CST) 이필요하다. 5) 공통전극 (Common Voltage, VCOM) : 일반적으로 Panel 상판전체에걸쳐존재하는전극전압으로, 화소전극전압에대한대향전극전압이다. Panel 구조에따라공통전극위치는서로다르게구성된다. 6) Storage Capacitance(CST)) : 보조 Capacitance 로서 CLC( 액정용량 ) 와병렬연결되며, Storage 전압이유기되어 TFT OFF Time 동안에액정전압의변동을줄여주는역할을한다. CST 를전단 Gate Line 에형성시키는것을 Storage on Gate 방식이라고하며, 별도의공통전극을구성하여 CST 를형성시키는것을 Storage on Common 방식이라고한다. 139

140 LCD 표준용어해설집 7) CLC( 액정용량 ) : Liquid Crystal Capacitance 로액정의종류에따라다른특성을가진다. Cst 용량과합하여한단위 Pixel 에서의총전하용량이된다. (a) TN mode (b) IPS and VA mode 그림 2-2. TFT-LCD의 Sub-Pixel 등가회로 2-3. 설계요소 TFT-LCD 의동작특성을고려하여설계영역을 4부분으로분류하고 ( 그림 2-3-1) 각영역별로필요한설계특성을요약하였다. Ⅰ 충전영역 : TFT On 전류 ( 폭 / 길이, 임계전압 (Vth), 이동도, 저장용량 ), 접촉저항 140

141 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design Ⅱ 전이영역 : TFT(S-Factor), Capacitive Coupling(Cgs,Cst,Clc,Vgs), 배선 Delay Ⅲ Holding 영역 : TFT Off 전류, 액정저항, 공통전극저항, Cds, Cst Ⅳ 체응답 : Vcom offset, Flicker, Crosstalk, 잔상, Stitching 그림 TFT-LCD 동작특성 설계시위의동작특성에서기생용량부분만을그림 에도식하였다. 그림 2-3-2(a) 에는단위화소내기생용량을평면상에도식하고, 그림 (b) 에는 TFT 설계시 Gate 와 Data Metal 의 Overlap 에의한기생용량 ( Parasitic capacitance) 형성을단면화하여도식화하였다. 기생용량은 TFT 구동에있어많은손실요소이므로최소화시켜야한다. 그림상에서는기생용량감소로 Gate 과 Source/Drain 의 Overlap 부분이최소가되도록설계되어야한다. 하지만 Source/Drain 사이의거리 (L) 는 TFT 구동의전류이득요소이기때문에 Gate 와 Source/Drain Overlap 과 TFT 의길이 (L) 은보상적인관계에 141

142 LCD 표준용어해설집 있다고할수있다. 아래 TFT 전류이득 K 의식을나타내었다. 전류이득에서는이동도와 Gate Insulator Capacitance(Cg) 그리고 TFT 의폭 (W) 이클수록높은값을가지며, TFT 의 Source/Drain 간격인 L 이작을수록높은전류이득을보인다. 이중이동도, Cg 는공정에의존하고 W와 L은설계에많이의존하는변수이다. (a) 단위화소내기생용량형성 142

143 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design (b) Gate/Data Overlap에의한기생용량형성그림 기생용량형성 2-4. TFT와 Storage평면설계구조현재사용되고있는 L 자나 U 자형 TFT 와달리초기 TFT 설계는 Bus Line 과 Active 영역 Overlap 에따라그림 2-4-1와같이구성될수있었다. 그림 (a) 는 Back Chanel 식각형태의가장원시적인구조로서 C.D.bias 나 Misalign 에따라 TFT 특성편차가발생하는문제가있다. (b) 구조의경우 Source/Drain 면적을일정하게함으로서기생용량 (Cgd, Cgs) 이일정한장점이있으나 Active 영역에빛에의한 Leakage 143

144 LCD 표준용어해설집 Current가발생하기쉽다. (c) 구조는빛에의한 Leakage Current를막기위해 Gate Metal Line 위에 TFT 를설치한구조이지만기생용량이늘어나는문제가있다. (d) 구조는일반적인 Etch stop 구조이고 leakage current 에안정하다. 단점은 TFT 의 W/L( 폭 / 길이 ) 크기가감소하여전류이득을보기가어렵다. 그림 Line 과 Active 영역 Overlap 에따른 TFT 구성 그림 에는단위화소내 Storage 구성경우를나타내었다. (a) 의경우는 Storage-on-common 구조로서초창기모델의경우이다. Storage 에의한개구율감소의단점이있으나설계및공정 margin 을여유롭게가져갈수있는장점이있다. (b) 의경우는 Storage-on-gate 구조로서개구율증가의장점이있는반면 Gate Line 의 Load 가증가하는단점이있다. (c) 의경우는 Light shied 역할을병행하기위해제안된구조이며개구율감소의단점이있다. (d) 의경우는 Ring type 으로서 Light shied 와개구율증가를동시에얻을수있다. 각각의 Storage 설계는액정 mode, 재료, 해상도, TFT특성및사용목적에따라달리적용된다. 144

145 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design (a) (b) (c) (d) 그림 Storage 평면구성도예 2-5. Resolution TFT 에서는일정한해상도에맞추어구동이된다. 해상도에따라 Gate 와 Data Line 수가결정되고그에따라 Pixel 구가결정된다. 또한디스플레이사이즈에따라해상도별로 Pixel 크기가달라진다. 디스플레이크기및해상도는설계의최초단계로서사용목적에따라우선결정되어야할부분이다. 해상도는다음과같이결정된다. 구현 Color 수 : Color TFT LCD 에서는 R,G,B 광3원색의조합으로 Color 가표현되며, Color 구현능력은각 R,G,B의 Gray 구현능력에의존하고, 각 Gray 구현능력은 Digital Bit 수에의해결정된다. Color 수 = 2n(R) 2n(G) 2n(B) (n : bit 수 ) Analog 구동에서는연속적인 Data 를그대로표현하므로 Full Color 가구현된다. 표 2-6 에는해상도 table 을요약하였다. 145

146 LCD 표준용어해설집 표 2-6. 해상도 table 2-6. Kick-back Voltage( Vp) Pixel 에인가되는전압파형은 1) 그림 와같이 Gate Line 에 Gate Pulse 인가시 TFT 가 ON되어 Vdata( 점선 ) 전압이화소 (Sub-Pixel) 에인가되어 Charging 을시작하여 Vpixel 전압으로충전된다. 2) Gate Pulse 는 VGH,VGL 를 Bias 전압으로구성된 Row Drive IC 출력전압이며, TFT Transfer 특성을만족하는전압으로구성되어야한다이때 TFT OFF 시 Vdata 까지충전된 VPixel 전압은기생용량특성에의하여그림에표시된것과같이전압강하가발생하며이를 Kick-back Voltage(ΔVP or feed-through voltage) 라고한다. ΔVP 의 Panel 위치별분포가크게나타날경우액정에인가되는 VLC 전압이 Frame마다차이가나서광투과량이변하여이는 Flicker등화질저하를야기한다. 146

147 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design 그림 Vgate 파형및 Vdata Charging 파형 ΔVP 를줄이기위해서는 CLC 를크게해야하는데, 액정유전율은인가전압에따라변하므로, CLC 는인가되는 VDATA 전압에따라다르고, 또한액정종류에따라서도다르므로액정설계시충분히고려되어야한다. ΔVP 를줄이기위해서는 CST 를크게해야되는데, 이를크게하면 Gate Line 에 Load 가증가되고 Gate Line 의 R,C에의해 Gate Pulse Delay 발생하고 Pixel Charging 특성불균형을초래하여화질을저하시킨다. ΔVP 를줄이기위해서는 ΔVg 를작게해야되는데, 이를 TFT Transfer 특성 Spec. 이하로너무작게하면 VPIXEL 전압이목표전압인 VDATA 전압까지충전하지못하여화질저하를초래한다. 그러므로, 회로에서 Δ Vg 설계시에는 Panel 특성을충분히고려하여설계해야한다. 147

148 LCD 표준용어해설집 Leakage에의한 Voltage Drop과 ΔVP 및 Panel 정 (Positive), 부 (Negative) 특성등의사이에는동일인가전압에대하여불균형 ( 비대칭 ) 현상이나타나므로보상회로설계가되어야한다. 위의문제를해결하기위한회로보상설계방법을요약하면다음과같다. a) 정 (Positive) VLC 와부 (Negative) VLC 의불균형 ( 비대칭 ) 현상은회로적으로는공통전극전압기준으로정특성용기준전압및부특성용기준전압과의차이를의도적으로비대칭설계, 즉 VDATA 를비대칭인가함으로써최적보상할수도있으며, 두기준전압회로를 Dual String 또는개별 Gamma Reference 회로를구성함으로써, 보다편이성있게최적전압을설정할수있다. b) 공정편차를보상하기위해서는공통전극전압 (VCOM) 을일정범위내에서가변할수있도록설계한다. c) Panel 부위별편차는수개의 VCOM 전압을부위별로다르게인가하여각각최적화함으로써보상할수도있다 Gray scale Gray Scale 은다음으로정의된다. - 광학적특성표현의방법으로서, Full White(Gray 또는 Gray 의휘도 (cd/m2) 를기준으로 Black 까지의각 Gray 에대한퍼센트 (%) 상대치로환산한것. 또한 Gray Level 수는다음으로설명된다. - 광3원색혼색의원리에따라 White 에서 Black 까지 R,G,B 의양이동일한, 즉 R,G,B 의 Digital Data 가서로동일한경우의수. Gray Level 수 = 2n(R) = 2n(G) = 2n(B) (n : bit 수 ) 148

149 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design Gray Level 구현원리를요약하면다음과같다. a) Column drive IC 에공급되는수개의기준전압 (Gamma Reference Voltage) 은 drive IC 내부의 R-String 에의하여전체 Gray Level 각각에대응하는 Analog 전압으로분배된다. b) Column drive IC 내부의 DAC 는입력된 Digital Data 에해당하는 Analog 전압즉, VDATA를출력하고, TFT에의해화소전극에전달되며, 공통전극과의전위차에의해그림 2-8 과같은 Panel 의 T-V 특성 Curve에따라광투과율이조절된다. c) 결국공통전극전압과 Gamma Reference Voltage, Column drive IC 내부의 R-String 의설계에의해 Gray Scale 을설정할수있다. 그림 2-8. T-V 특성 Curve 에따른 Gray Level 표 2-8 에는 bit 수에따른 Gray 수와 Color 수계산예를나타내었다. 149

150 LCD 표준용어해설집 표 2-8. bit 수에따른 Gray 수와 Color 수계산예 RGB 각 Bit 수 Gray 수 Color 수 2 bit bit Gamma Reference 현재많이보급되어있는일반적인 TV 의브라운관 (CPT, Color Picture Tube) 은입력전압에대한출력휘도 (Luminance) 의특성이비선형적이다. 즉, 실제영상신호를그대로브라운관에인가할경우, 실제영상보다어둡게왜곡된영상이나타난다. 초기브라운관에서부터이러한결과는발견되었으며, 일정입력범위 (0<X 1) 로 Normalize 한입력전압에대한출력휘도는 Filter 특성을가지는것으로나타났다. 초기브라운관의경우, 지수 Υ는 2.3~2.5 정도의값을가지고있었으며, 여기서지수 Υ 를 Gamma 라고하고, 이를보상하기위하여인가하는영상신호를 1/Υ (Inverse Gamma) Filter 를이용하여변환하는과정 (Y = X1/Υ) 을 Gamma 보상 (Compensation, Correction) 이라고한다. 특정한 Gamma 값을가지는 Display 장치 (CPT, CDT 등 ) 를이용하여실제영상과동일한표현을하기위해서는 Display 장치의 Gamma 의 Inverse Gamma 로영상신호를보상하여야한다. 이와같이, TV 용영상신호뿐만아니라 PC의모니터용 (CDT,Color Display Tube) 신호즉, 비디오카드에서출력되는신호도 CDT 의특정 Gamma값에맞추어 Inverse Gamma값으로 Gamma 보상된신호를출력하므로, CDT 보다뒤늦게제품화된 LCD 와같은다른 Display 장치들도이와근접한 Gamma값을가지도록설계되어야하는이유가바로그것이다. Gamma=1.0 은입력전압에대해출력밝기가정비례관계임을의미 150

151 3. Thin Film Transistor (TFT) Array Design 하는것으로, 특정 Gamma값에의해측정되는휘도곡선이시각적으로는선형적으로느껴짐을의미하는것은아니다 Flicker Flicker 란 Display 장치에있어서, 주기적인휘도의변동 (Fluctuation) 이인간시각계에인지되어화면깜박임으로나타나는현상이며, 일정한 Flicker 정도에대해주위휘도가밝을수록, 면적이클수록상대적으로강하게인지된다. a) 60Hz Flicker : Frame 주기로 Charging 과 Discharging의반복시 TFT의 OFF Current 및액정 CLC의 Leakage 에의해나타남. b) 30Hz Flicker : Inversion 즉, 정 (+) 및부 (-) 전압구동시유효전압의편차, Gate Line Delay 에의한화면좌, 우의 ΔVp 의차이발생, TFT 특성편차에의한화면부위별 ΔVp 의차이에의해나타남. Flicker 의보상하기위한궁극적인목표는공통전극과화소전극의전위차가 Positive 및 Negative Frame 에서동일하게유지되도록 Panel 및회로를설계하는데있다. 그러나, 이것을어렵게하는것은 ΔVp 의크기와 VDATA 의변화에따른 ΔVp 의변화때문이다. 대책으로 Positive(+), Negative(-) 의 Gamma Reference Voltage 를비대칭설계함으로써, 실효전압에대한비대칭을보상할수도있다 Panel 에서는 ΔVp 가최소가되는 Design Rule 적용함으로써보상이가능하다. -Gate Line 저항감소, Cell Gap 편차감소, Panel 부위별 ΔVp 의편차최소, 공통전극저항최소, 151

152 LCD 표준용어해설집 Cgs 최소등의방법을적용한다. 또한 TFT Off-Current 를최소화시키기위해 TFT의 IOff가최소로되는 Off Voltage 를 Panel 특성 Spec. 에준하여설계하는법,Positive(+), Negative(-) 의 Gamma Reference Voltage를비대칭설계하는법등으로실효전압에대한비대칭을보상할수있다 응답속도 (OCB mode) OCB 모드는빠른응답시간과동시에넓은시야각특성을갖는다. OCB mode는일반 TN mode 대비액정구조, 필름구조, 구동방법에차이를갖는다. 그림 2-11 에는 TN mode와 OCB mode의액정움직임특성을비교하였다. OCB mode 의경우 TN 대비 2축보상필름을한쪽면에서만사용하여도 TN 과같은효과를얻을수있는장점이있다. OCB 와같은 bend cell 은일반적인 TN cell 과는달리동일한방향으로의 Flow 흐름이발생함으로써빠른응답특성을나타낸다. OCB 모드는빠른응답속도를구현하지만, 기본적으로평행배향된셀은 Bend 상태로있을수가없다. 그래서, 어느정도의전계를인가시켜 bend 로만든후에동작시킨다. 단점으로는 Reset 인가회로필요, 큰 Dynamic Range 필요, 보상필름요구, 공정마진에따른화질변화요인등의단점이있다. 그림 TN mode 와 OCB mode 의액정특성비교 152

153 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 1. Poly-Si TFT 1-1. Poly-Si TFT Poly-Si TFT 은비정질 Si 을 Laser 결정화등을통해다결정 Silicon 으로변화시켜 TFT 에적용하는기술을말한다. 표 1-1 에는비정질실리콘과다결정실리콘의특성을비교하였다. TFT-LCD 에사용되는 Low Temperature Poly-Si(LTPS) 란 Quartz를기판으로하는 High Temperature Poly-Si( 공정온도 >900 C) 에비해상대적으로낮은공정온도 (<500 C) 에서 TFT를제작하는기술이다. 표 1-1 비정질실리콘과다결정실리콘의특성비교 Material 소자특성공정 Panel a-si TFT 일정한방향성이거의없는 random 구조이동도 < 1 (cm2/v-s ) S-factor< 1 (V/decade) 4~5Mask 증착 /Etch/Photo공정 Panel의 Array부만가능 Poly-Si TFT 일정한결정방향을가지는결정체들이 Grain boundary를경계로결합한 Si film 이동도 > 100 (cm2/v-s ) s-factor <0.5 (V/decade) 6Mask 이상증착 /Etch/Photo공정결정화공정및도핑공정추가 Driver circuit 내장가능고밀도 / 고정세가능 Thin film transistor(tft) 는단결정 MOSFET 과동작원리관점에서거의동일한 Transistor이다. 다만, Display Application을위해단결정 MOSFET 과달리 TFT 는투명한유리기판상에형성되기때문에공정온도가상대적으로크게낮고, 구조나재료, 공정, 소자성능면에서차이가 153

154 LCD 표준용어해설집 나타난다. 더불어, 단결정 MOSFET 가 Body contact 을가지는 4-terminal 소자인반면 TFT 는 Body 가 Floating 된 3-terminal 소자이다. 또한, TFT 경우 gate oxide/active 계면와함께 buffer/active 간에계면이존재하기때문에소자특성이보다복잡한양상을보이게된다. LTPS의장점을요약하면다음과같다. - Gate/Data Driver-IC 등부가가치높은다양한회로를 Glass 에집적가능하다. - 개구율향상및고해상도실현가능하다. - 소자신뢰성이 a-si TFT 대비우수하다. 반면, 복잡한 TFT 공정및 circuit integration 에따른공정 margin 감소및 a-si panel 대비 mask 수및 process step 증가로생산성저하및 cost 증가의단점이있다 구동능력 Poly-Si TFT 가 a-si TFT 대비약 2-order 이상높은전류구동능력을나타낸다. 따라서동등한 charging 특성을고려할때, a-si TFT 대비 Poly-Si TFT 의 TFT width 가작아도되며 Poly-Si Panel 경우개구율증가효과로나타난다. 이는 Poly-Si 의결정화에의하며, Grain 내부는단결정으로이루어져결정간에주기성이있다고가정할때, Grain Boundary(GB) 를경계로결정주기성이깨지는형태로이루어져있다. 그림 에는 Poly-Si 과 a-si 의구동특성을비교하였고, 그림 에는 GB 내결정성과결정경계를이루는 poly-si 구조를나타내었다. 154

155 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 그림 Poly-Si과 a-si의구동특성 (Vds = 10V) (X축 : Vgate(V), Y축 : Idrain(A)) 그림 ELA 결정화후 Poly-Si SEM 사진 1-3. System-on-panel(SOP) SOP 란레이저결정화로 a-si TFT 보다이동도가 100배이상인 poly-si TFT 를제작함으로써화소용 TFT 와구동회로를유리기판상에일체화하 155

156 LCD 표준용어해설집 여 Compact 하고고화질의 TFT-LCD 제품을구현하는기술을말한다. Glass 상에 System을집약함으로써단순 (Compact), 높은신뢰성 (High reliable), 저소비전력 (Low power) 의장점을가지는디스플레이를제작할수있다. SOP 구동을위해 Poly-Si TFT 는 1) low Vth 2) High mobility 3)High stability 4) short channel TFT 5) Fine design rule 6) High uniformity 7)low k layer 8) suppress kink 9) 저저항전극등의특성을요한다. Vth(threshold voltage) 안정화를위해 Gate insulator 를 SiO2 로적용하고있으며, 기타다양한형태의산화막이연구되고있다. 높은이동도를갖기위해서는결정화가주요사항이된다. SLS 결정화 ) 결정화, 수소화, 활성화의개선을통해실리콘막질을개선하여이동도를향상시키고안정화시키는방법이많이개발되었다. 이동도를향상시켜 (Mobility > 300 cm2/vs) 구동회로일체화뿐만아니라 System 을 Panel 에완전집적시키기위해많은분야에서개발중이다. 그림 1-3에는 SOP 실현에따른회로부단순화개념을나타내었다. (a) a-si TFT (b) p-si TFT 그림 1-3. SOP 실현에따른단순화개념 156

157 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 1-4. Poly-Si TFT Process(CMOS) Array 와회로부에 n-type 소자와 p-type 소자를각각적용함으로서이동도와안정성등각부분에서요구하는소자특성을각기다르게적용하였다. 따라서 CMOS Process 에의해회로부를집적시킨단순화된 Panel 제작이가능하게된다. 2. 결정화 2-1. 비정질 silicon 비정질규소박막은 (a-si) Glass나Wafer 등의기판상에원하는물질을매우얇게 ( μm ) 형성한막으로전자소자재료분야에사용되고있다. 구조는비정질 (Amorphous) 구조를가지며, 전체적으로는무질서 (Disorder) 한결합을하고있으나국부적으로는결정과유사한결합거리를가진다. 일반적으로 TFT 에서는수소와결합된형태로아래그림처럼나타낸다. 수소와는대부분이 Si-H 결합이다. 1cm3당 - Si 원자 : 개 - 수소원자 : 개 - 느슨한결합 : 개 - 비결합 : 개전체적으로는무질서한결합이다.(Random Covalent Network) 국부적으로는단결정Si 과같이 4개의주위원자와공유결합을이룬다.( 결합거리 2.35A, 결합각 ) 근거리질서 (Short range order) 를가지며 (c-si : long range order 를가짐 ), 결합거리와결합각이분포를가짐으로서 Band Tail State 를형성한다. Dangling bond( 끊어진결합 ) 을가지는비 157

158 LCD 표준용어해설집 정실실리콘은금지대중간에상태밀도를형성하여전기전도도저하및 Doping을방해하게된다. Dangling bond를없애기위하여증착시수소를첨가하게된다.(* Dangling bond density : 수소첨가시 /cm3, 수소결핍시 /cm3) Dangling bond 밀도의측정은 ESR(Electron Spin Resonance) 등을이용한다. 전기적특성으로 a-si:h 의에너지밴드는단결정Si 과달리금지대내에 Dangling bond 및 Weak bond 에의한상태밀도가존재한다. 전기전도는 (Multiple)trapping, Hopping 에의해주로일어나게된다. 그림 2-1 에는 silicon의증착온도에따른결정화상태를비교하였다. (a) 단결정 (b) 다결정 (Poly-Si) (c)hydrogenated amorphous silicon 그림 2-1. silicon의증착온도에따른결정화상태를비교 2-2. Eximer Laser Excimer 는 Excited dimer : 들뜬상태 (excited state ; metastable) 에서만안정한두원자로된분자이다. 엑시머레이저는 Pulsed Gas Laser 로 Nano-second의 Pulse의고에너지자외선을방출한다. 다른들뜬분자들과같이들뜬 Dimer 는바닥상태로돌아오면서광자를내놓는다. 레이저발생가스는희유가스와플루오르또는염화수소혼합가스로서전기 158

159 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 방전에의하여순간적에너지를투입하면발화 (ignite) 한다. 이들뜬상태에서희유가스는할로겐과반응하여준안정상태의화합물즉 Excimer 를만들고, 이것이깨어질때사용한가스종류에따라 193nm(ArF) 와 351nm(XeF) 사이의파장을갖는자외선을방출한다. F2 와 HCl 로서강한부식성과반응성등으로인하여안전사용및취급에있어서세심한주의가필요하다. 표 2-2에는 Eximer Laser 종류에그에따른파장을나타내었다. 표 2-2. Eximer Laser 종류와파장 2-3. Laser Crystallization Process 결정화의원리는간단히 UV 파장의레이저를비정질 Si 막에조사하여, 표면 500~1000A 이내에서완전흡수되어, 급속히용융및응고가일어나 poly-si 으로변화하는것이다. 그림 2-3에는간단한원리를도식하였다. 표면약 500A 이상에서는흡수계수 (α) 와상관없이투과율이 zero가되므로 poly-si 의두께는 500~1000A 에서결정된다. 159

160 LCD 표준용어해설집 Absorption & Heating Solidification 그림 2-3. Laser 결정화원리 2-4. ELA 결정화 Excimer Laser Annealing(ELA) Laser 결정화정도는 Laser 에너지밀도에따른입자크기에따라 3가지영역으로나뉘어진다 ( 그림 2-4 참조 ) 첫번째의 Partial melting(low Energy Density Regime) 영역은용융되지않은 Silicon 이존재하게된다. 즉, 박막의두게보다용융영역이낮게된다. 이경우 Explosive Crystallization 이발생하며결정이수직적으로성장하며결정간상호충돌이크게된다. 따라서결정입자크기는작아지고미세하게된다. 결정입자의반지름은박막두께보다도작아지게된다. 두번째의 Near-complete meting(super Lateral Growth Regime) 영역은거의모든 Silicon 영역이녹게되고녹지않은영역은군데군데섬 (island) 을이루고있는수준이다. 박막두게와용융두께가거의같다. 결정의 Lateral Growth 가가능하며입자크기가수μm까지가능하여양질의결정화막을얻을수있다. 하지만공정 window 가좁아정확한조건이나조절을필요로한다. 세번째의 Complete melting(high Energy Density Regime) 영역은모든 Silicon이녹게된다. 따라서 Supercooling 으로해석되는핵생성과성장이뒤따르게된다. 기판온도가낮은경우미세한 Silicon 결정이얻어지면박막이아주얇을경우비정질영역도나타난다. 모든결정화공정 160

161 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 은최대한단결정에가깝게만들기위해 Near-complete meting 의영역 2 를이용한다. 특징을요약하면다음과같다. 1). Initial Grain Size는 Laser Energy Density 에의해서결정됨. (Partial Melting, Near Complete Melting, Complete Melting) 2). Grain Uniformity는 Laser Shot수에의해서결정됨. 3). 결정화과정중 Si 막표면에서열산화가발생되어 Grain Boundary 를증가시킴 4). Near Complete Melting Energy Region이사용됨. 5). Laser Energy Steady Region를증가시키기위해 Top Flat Profile Beam 사용하면서 X-Overlapped Scan 적용. 반면, Process Window가좁고, Uniformity를증가시키기위해서는많은 Laser Pulse가필요하며, Vacuum Ambient를위한 Chamber가필요한단점이있다. 그림 2-4. Laser Energy 영역에따른결정화정도 (ELA 결정화 ) 161

162 LCD 표준용어해설집 2-5. FEMIC 결정화 Field Enhanced Metal Induced Crystallization(FEMIC) 결정화는그림 2-6 처럼이루어진다. 일반적으로 PECVD 에서증착된박막은비정질실리콘을형성하고있다. 이비정질실리콘표면에 Ni, Mo, Fe 등의 Metal 을뿌려주고일정한전압과하부 Heat 을주게되면실리사이드 (ex. NiSi2) 의결정화핵 (precipitate) 이생성된다. 이결정화핵은실리콘내부로점차침투하게되며, 점진적으로 Grain 을형성하며다결정실리콘을형성하게된다. FEMIC 결정화에서는전기장에따라결정화가최대 60 배까지가속화되게된다. Heating 의경우 350 이상에서결정화가시작되나완전한결정화를위해서는약500 정도의온도가필요하다. 장점으로는빠른결정화, Heat Budget 감소에따른 Low Cost 결정화, 대면적유리기판적용가능의장점이있으나 Grain Size 의불균일로인해소자의불균일로이어지는문제가있다. 그림 2-6. FEMIC 결정화 Process 3. Doping 3-1. Poly-Si Doping Process TFT 의 Source/Drain 영역에불순물을주입하여 nmos 내지 pmos 의 162

163 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 소자를만들수있다. Poly-TFT 특성은가속전압 (Acceleration Voltage), Dose 량, H2 비율, Gas 종류와유량, Beam 균일도, Plasma density 등에의해결정된다. Dose 의경우얼마나많이넣는가에해당되는단위로사용되는영역에따라 ~10 15 cm-2 정도가적용된다. 가속전압의경우얼마나깊게넣을수있는가를나타내는단위로 Silicon 위의 Gate Insulator 사용유무및두께에따라달라지며약10~70keV 의에너지가적용된다. 그림 3-1 에는 Poly-Si TFT 에서의 Doping Process 단면도를나타내었다. Poly-Si 에적용되는 Doping 종류를요약하면다음과같다. 1) Channel doping : Vth control 을위하여 Active 에극소량의 Dose 로 p- type Doping을하는것. 2) Storage doping : Storage 전극을형성하기위한 n -type Doping. 3) Source/Drain Doping(p+ or n+ doping) : 반도체인 p-si Layer 에 Si 보다최외각전자가 1개적거나많은원자를주입함으로써전류가원활히흐를수있는도체에가까운상태로만들어주어반도체층과 metal 과의 Contact을이루어주는공정 4) LDD Doping(n-doping) : n-type TFT 에서과다전류흐름으로인한 Gate Insulator 의 Damage 를막고, 오래사용할수있도록 Source/Drain Doping 보다적은양의 Doping을해주는것. Doping 후에는 Ion doping 으로인한 Active 의 Damage 를복구하기위한열처리공정을진행하게된다. Poly-Si 공정에서는 Doping 후의열처리뿐만아니라탈수소화처리 ( 결정화전에열을가하여수소를미리제거해주는열처리공정 ), 수소화처리등의열처리가진행된다. 163

164 LCD 표준용어해설집 그림 3-1. poly-si TFT 에서의 doping process 단면도 3-2. Ion doping 장비 Doping 장비의 Cncept 을 Ion Implantation 과 Ion Shower 로구분하여그림 3-2 에나타내었다. PH3 와 H2 를방전시킬경우챔버내에는많은원소종이생성된다. 이중 P+ 만을분리하여주입할경우 Ion Implantation 이되고모든종류의원소를주입할경우 Ion Shower Doping 이된다. TFT 공정에서는주로 Ion Shower Doping 이적용된다. Doping 장비내의 Magnetic Filter는자기장의성질을이용하여 H+ 가 electrode 쪽으로가는것을막아준다. Filter 에서걸러진 Ion들이 Electron Hole 을지나면서가속및방향을잡으면서다른전자들과섞이지않고기판에도달하게된다. Doping 에서는 Gas 종류와가속전압 (~kev), Dose 량 (/ cm2 ) 을조절하여공정을진행하며, Doping 완료후에는박막의저항을측정함으로써 Doping 정도, 균일도등을확인하게된다. 164

165 4. Poly-silicon Thin Film Transistor (TFT) 그림 3-2. Ion Implantation 과 Ion Shower 165

166 LCD 표준용어해설집 1. Cleaning process 1-1. Wet cleaning TFT-LCD 제조에서의 cleaning 은거의 wet-cleaning 을의미한다. Wet cleaning 이란 Glass 위의이물질, Particle 을제거하는공정으로서 Defect 를최소화하여수율을향상시키는데목적이있다. 세정은순수 (DI water) 표 1-1. TFT 공정에서의세정방식분류 166

167 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 세정을기본으로하며, 용도에따라유기세정을사용하기도한다. TFT 공정에서는초기 bare 상태의 glass 를세정하는초기세정과증착전실시하는증착및노광전에실시하는세정등이있다. 표 1-1 에는 cleaning 방식에따른분류를나타내었다 Brush 세정 Brush cleaning 의경우나일론이나 PVA 등으로구성된 Brush 가 Glass 의상하에서일정한 Gap 과 RPM 을유지한상태에서견고한 Particle, 미세입자등을제거하게된다. Brush Cleaning 에의해서는일반적으로 10 μm이상의입자들이제거되게된다. 주로초기 Bare Glass 세정과무기막세정등에사용된다. Particle 제거효율을높이기위해 Brush 접촉량, 순수투입량등이조절된다. 그림 1-2 에는 Brush Cleaning 방법을간단히도식하였다. 그림 1-2. Brush Cleaning 1-3. Jet/Cavitation/Megasonic 세정물리적세정의다른방법인 Jet, Cavitation Cleaning 은수 Kgf/ cm2로가압한순수를 Air 의압력과함께기판에뿌려줌으로써 Cavitation 을생성시켜효율적인세정을하는방법이다. 기판의사각부분에효과적으로세정이가능하여주로 Pattern 후세정등에적용된다. 친수성이강하고세정효과가좋으나, 고압 Jet 을사용하므로막과막의밀착성이고려되어 167

168 LCD 표준용어해설집 야한다. 1.0 μm이하의 Submicrometer Particle 제거가필요할때는 Megasonic cleaning 이이용된다. 일반적으로 Particle 이작으면작을수록하부막과의점착력이강하므로더욱더강한세정효과가요구되게된다. 그림 1-3 에는 Megasonic Cleaning의세정 Mechanism을나타내었다. High Pressure Wave가 1초당약900,000 번정도로 Particle 을밀어서떨어뜨리게되며, 이때의최대순간속도는약 30cm/s정도가된다. 그림 1-3. Megasonic Cleaning 에의한 Particle 제거 1-4. UV/IR Cleaning UV(Ultraviolet)/IR(Infrared) Cleaning 은자외선에의한유기물질의화학결합의절단효과와오존의강력한산화력과의상승효과에의해유기질오염을탄산Gas 나수질의휘발성물질로분해하여제거하는건식세정법이다. 원리를요약하면다음과같다. UV - 자외선을조사하여유기물을분해 - Glass 표면이나증착된막의표면을친수성화 - 파장약 180~250nm 168

169 5. Thin Film Transistor (TFT) Process (1) 에너지를가하여유기물의결합을끊는다. * H - C 단일결합 : 약 145kcal / mol * C - C 이중결합 : 약 98.8kcal / mol (2) 활성화산소가발생한다. O2 O* + O* O* + O2 O3 O3 O2 + O* (3) 분해된 O가유기물과화학적으로반응하여 CO2, H2O 로변화한다. 2. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD) 2-1. PECVD PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition_ 플라즈마화학기상증착법 ) 은 TFT 공정에서 SiNx, SiO2, Silicon 등의무기막을증착하는데주로사용된다. 종류로는 Glow Discharge( 고주파 (13.56MHz) 를이용하여 Gas 를분해 ), Photo CVD(UV 을이용하여 Gas 분해 ), ECR PECVD( 전자의전자기공명을이용 ), Microwave CVD(2.45GHz 의 microwave 를이용 ) 등이있다. 그림 2-1 에는 PECVD 증착 Mechanism 을나타내었다. 그림에서와같이증착 Mechanism 은크게플라즈마에서이온, 라디칼형성 -라디칼흡착- 표면에붙은원자의재분포의화학적, 물리적반응으로이루어진다. PECVD 에서의공정변수는기판온도, 가스조성비, 가스유량, 압력, Power, 고주파수, 전극간격등이되며, 공정변수에따라박막특성이달라지게된다. 증착막의박막특성은증착속도, 박막조성비, 밀도, 굴절률, 막두께의균일도, 응력, Step coverage 169

170 LCD 표준용어해설집 등으로측정하고표현한다. 표 2-1 에는증착막의요구조건을막형성조건, 화학적물리적특성, 전기적특성으로분리하여요약하였다. 모든요구조건에부합하는최적조건을찾아야하므로 PECVD 공정은중요하게된다. 전자의에너지가충분히작기때문에이온화속도보다라티칼의형성속도가빠르다.(1) 또한라디칼은높은흡착계수를가지므로쉽게표면에흡착한후 (2), 가장안정된 site 를찾아이동한다. 라디칼은새로운결합을만들어박막을형성 (3) 하게된다. 플라스마에서이온, 라디칼형성 확산, 라디칼흡착 표면에붙은원자의재분포의화학적, 물리적반응 그림 2-1. PECVD 증착 mechanism 170

171 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 표 2-1. PECVD 증착막요구조건 2-2. Layer 별특성 PECVD 는 TFT 공정에서 Gate Insulator(SiNx, SiO2), Active Layer(a-Si, n+a-si), Passivation(SiNx,SiO2) 의 layer 증착에적용된다. 그림 2-2 에는 TFT-LCD 전체단면구조와 PECVD 적용 Layer 를도식하였다. 각 Layer 별증착막특성을살펴보면다음과같다. SiNx : SiNx 박막은 Gate의 Insulation Layer혹은최종 Passivation Layer 등으로사용된다. 증착시공정변수인입력파워를증가시키면전자와라디칼의밀도가증가하여증착속도가빨라지고, 압력을줄이게되면라디칼의확산속도와전자에너지밀도가증가하여증착효율이좋아지며균일도향상과표면에서의반응이좋아진다. 사용가스로는 N2/SiH4 혹은 NH3/SiH4 혼합가스를사용한다. 박막의굴절률은 Si-H/N-H 결합비율에의해결정되므로 NH3/SiH4 가스조성비가중요하다. 박막의조성비, 입력파워, 기판온도, 가스혼합비등에영향을받으며위조건에의해박막의응력이결정된다. 171

172 LCD 표준용어해설집 SiO2 : SiO2 박막은 SiH4/N2O 혼합가스를이용하여생성한다. O2 대신 N2O 를사용하는이유는가스상태의핵형성에의한먼지입자의생성을억제하기위해서이다. SiH4/N2O 혼합비율은박막의굴절률특성을상당히변화시키는데, N과 Si 함유량이클수록굴절률은증가하게된다. a-si : Amorphous Silicon 박막을성장시키기위해서는 SiH4 와 H2 gas 를사용한다. 일반적으로 SiH4 계통의원료로플라스마 CVD 법으로제조된박막은 amorphous silicon에서부터 micro-crystal ( 미세결정 ) silicon에이르기까지성막조건에따라막구조가변화한다. Silicon 원자가 Random Network 를이루고그속을수소가결합하여 Dangling bond 의많은수를보상하고있다. 보통응용에는 Dangling bond 가모두 Si-H 결합으로보상되어있는것이바람직하나실제로는 ~10E16/ cm3의 Dangling bond가남아있으며또한 SiH2 등의결합이포함되어있다. 이러한결함은줄일수록좋다. 그림 2-2. PECVD 적용 Layer 172

173 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 3. Sputtering 3-1. Sputter 고체의표면에고에너지의입자를충돌시키면 Target 물질의원자가완전탄성충돌에의해운동량을교환하여표면에서밖으로튀어나오게된다. 이처럼 ion 이물질의원자간결합에너지보다큰운동에너지로충돌할경우이 ion 충격에의해물질의격자간원자가다른위치로밀리게되며, 원자의표면탈출이발생하게되는현상을물리학에서 sputtering 이라고말한다. TFT-LCD 에서 Sputter 는불황성가스 ( 예. Ar) 가주입된챔버내에음극 (Target) 에전압을걸면불활성가스가이온화되어 Target 물질과충돌하고이때 Target 으로부터떨어져나온물질이기판으로이동하여박막을형성하는방법으로 Metal 등의막을증착하는 System 을말한다. Sputtering 의원리는 (1)Plasma 형성, (2)Sputtering 현상, (3)Voltage drop 유지로이루어진다. (1) Plasma 형성 : Target 에직류전압을걸면전자들이가속되며이로인해 Ar 과충돌하여전자와 Ar+ 를형성하며, 이때전자와 Ar+ 가결합되며고유색을가지며발광하게된다. (2) Sputtering 현상 : Chamber 내에가속된 Ar+ 에의해 Target( 음전압 ) 에충돌하여 Target 물질을튀어나오게하여원하는기판에증착시키는현상 (3) Voltage drop 유지 : Plasma 내의 Ar+ 로인한 Vp(Plasma Voltage) 만큼의전압을형성하며 Target 에걸린 Vc(Cathode Voltage) 의전압으로인한 Ar+ 이온은 -Vc + Vp 전압차이로가속된다. 그림 3-1 에원리를간단히도식하였다. Sputter 에서의공정변수는기 173

174 LCD 표준용어해설집 판온도, 가스조성비, 가스유량, 압력등이되며, 공정변수에따라박막특성이달라지게된다. 증착막의박막특성은면저항, 막두께의균일도등으로측정하고표현한다. LCD 산업에서는 DC Sputteirng과 DC Magnetron Sputtering을사용하고있다. DC Magnetron Sputtering 의경우 Target 과기판사이에직류의고전압이인가됨과동시에 Target 과평행한방향으로자장이인가될경우 Target 에서나온전자는자장때문에전진하지못하고 Target 가까이에속박되어있거나나선운동을일으키며그결과기체운동과충돌하는확률이증가하여보다많은양이온을생성시키므로서 Sputtering 의효율을증가시키게된다. 그림 3-1. Sputtering Mechanism 174

175 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 3-2. Target Sputter Target 은박막을형성하는 Target 물질외에 Bonding 물질, Backing Plate, Magnetic, 냉각수등으로이루어진다. Bonding 물질은 Target 과 Backing Plate 간의결합을시키는재료로주로 Nd 를사용하며, 접합시기포발생시 Sputtering 의불균일을형성하며기포의열팽창에의해떨어지게된다. Backing Plate 는열전도성과 Target 과의열평창계수를고려하여선별하며, Power 의균일한전달을형성한다. Backing Plate 로는 Cu, Mo 등이사용된다. Magnetic은 Magnetic field를형성하여 Plasma 의밀도를증가시키며, 이로인해 Target 의 Erosion 영역이결정된다. 냉각수는 Sputtering 시발생되는열을흡수하여열화방지를유도한다. 그림 3-2 (a) 에는 Sputtering Target 구성을나타내었다. 그림 3-2. Sputtering Target 4. Photolithography 4-1. Photo Photo 공정은어떤특정한화학약품 (Photoresist) 이빛을받으면화학 175

176 LCD 표준용어해설집 반응을일으켜서성질이변화하는원리를이용하여얻고자하는 Pattern 의 Mask를사용하여빛을선택적으로 PR에조사함으로써 Mask의 Pattern 과동일한Pattern 을형성시키는공정이다. 그림 4-1 에는 Photo 공정의흐름도를나타내었다. PR(Photoresist) 접착력을향상시키기위한 Cleaning 등의표면처리후 PR Coating, Soft Bake, Mask 정열, 노광, 현상및 Hard Bake 의공정을거쳐검사후 Photo 공정을완료하게된다. 그림 4-1 의한주기를거칠때하나의 Mask 공정이완성되게되는것이다. Mask 수하나를줄일수록공정 Step 은최소 8step 이감소하게되므로각제조공정에서는최대한 Mask수를줄이도록하고있다. LCD 공정의포토와일반 photo 공정 ( 사진현상 ) 을비교해보면사실상근본적인차이는없고재료및방법에있어서의차이일뿐이다. 표 4-1 에는일반사진현상과 LCD 에사용되는포토공정의차이를비교하였다. 표 4-1. 일반사진현상과 LCD 포토공정의차이 176

177 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 그림 4-1. Photo 공정흐름도 4-2. Photoresist Photoresist 는빛에의해분자구조가바뀌어현상액에선택적용해가가능한물질이다. PR 의주성분은 Solvent, Polymer, Sensitizer로이루어진다. Solvent : 도포의편리를위해첨가된물질로 Resist 의점도결정에중요한변수로작용한다. Polymer 와 Sensitizer 를녹여서보관, 운송이쉽도록하는성분으로 PR 전체의 60% 이상을차지한다. Polymer : Monomer 가수천개이상결합한상태로현상후패턴으로 177

178 LCD 표준용어해설집 남아있는 Resist 의실체이다. PR 의 Body 를이루는물질로 Novolak Resin 으로구성되며, PR 전체의 32% 정도차지한다. Sensitizer : PAC 라고도하며빛을받아 Polymer 에 Energy 를전달하여현상시에현상액에녹게하거나녹지않게하는중개역할을한다. 빛을흡수하여활성화되어활성화에너지를 Polymer 분자에전달하여 Polymer 분자의이중결합을깨뜨려 PR 이현상액과반응하도록하는성분으로 8% 정도로구성된다. PR 은감광특성에따라 Positive PR 와 Negative PR 로나누어진다.( 그림 4-2 참조 ) Positive PR : 물에잘녹는 Novolak Resin 과잘녹지않는 PAC 이혼합물로서존재하는상태에서빛을받으면 PAC 가 Carboxilic Acid 로바뀌어 Alkali수용액 ( 현상액 ) 에매우잘녹게되므로현상시 Novolak Resin을붙들어두지못하고함께휩쓸려나감. Negative PR : Solvent, Sensitizer, 합성고무로구성된다. Sensitizer 는 UV 광에의해노광되면고무성분을 Cross-link 시켜 Solvent성현상액에씻겨나가지않게한다. 그림 4-2. Positive PR 과 Negative PR 감광특성 178

179 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 4-3. Coating Photoresist 를 glass 기판에 Coating 하는공정은전처리단계와 PR Coating 두단계로구분된다. 전처리단계는기판과 Resist 간의접착력강화를위해 Cleaning 이나접착력강화제를도포하는것을말한다. 기판표면의습기, 기판표면을축이는 Resist 특성, 접착강화제의종류, 노광전까지의지체시간, Resist 의 Solvent 나 Resin 의종류, 기판표면의거침정도, 기판표면의오염, Soft Bake, Develop 요인등에영향을받는다. Resist Coating 단계는기판을 Spin Chuck 위에올려놓고기판을회전또는정지시킨상태에서 Resist 를 Dispense 한후 Spin Chuck 을고속으로회전시켜 Resist 를균일한두께로 Coating 하는단계이다. Resist Coating 단계는 Resist특성, Resist 도포량, Spread 시간, Speed, 가속도, 회전속도, 시간, Exhaust 조건, Soft Bake 온도, 표면장력등에영향을받는다. Coating을포함하여각종 PR 에요구되는특성은다음과같다. - Sensitivity : P/R 이빛에대해반응하는민감성을의미함. sensitivity 가커지면, P/R 을분해하는데많음빛을요구하므로 Photo speed가느려지고, Sensitivity 가작으면, Photospeed 가빨라지나, 빛의산란, 회절, 반사등의영향을많이받는다. PAC 의양을늘리거나하면 sensitivity는증가한다 - Contrast : 노광부와비노광부의 Developer 에대한용해도차이.PAC 의 inhibition 정도.Resin 의분자구조로결정한다. PAC 은노광부에서는용해촉진제, 비노광부에서는용해방해제로작용하므로 PAC 의양이많거나하면정도가크면증가한다. 또한 Resin 의구조가 PAC 와가교를잘일으켜 PAC 에대한용해억제작용을극대화하면증가한다. 179

180 LCD 표준용어해설집 - Photospeed : PR Pattern을형성하는데사용되는 Energy 기준임. Photo speed가너무빠르면 latitude가줄고 bias가커짐. PAC양및 PAC 의 Esterification 정도를줄이거나, Resin 자체의 Dissolution Rate가큰 Resin을사용하면, Photospeed가빨라진다. - Adhesion : Substrate 와 PR 의접촉력상태를의미함. Resin 의분자량이클수록, 구조가그물형일수록접촉력우수해지나, 다른특성이나빠지므로 HMDS 처리한다. PR 은보통소수성이며, HMDS 처리를하여 substrate를소수성으로처리해준다. - Thermal Stability : Pattern 형성후 Pattern Profile 을유지하는최고온도를의미함. 해상력이나광화학적성질과관계없이 Etching 에견딜수있도록 Photo Resist Pattern 을경화시켜주어야함.(Hard bake) 이때높은온도로가열하면내화학성, 내열성등이좋아지나, 너무높은온도면 Flowing 이되어정확한 Pattern 을구현할수없다. Resin 의열적특성이좋을수록, 분자량이클수록열적성질이좋아진다. 분자량분포가작을수록고른열적성질을보인다. PAC 의열분해온도가높을수록, 에스테르화가높을수록열적성질이좋아지며, Solvent 의 Boiling Point 가높아서휘발성이낮으면 solvent 가 P/R 에계속남게되어열적성질이나빠진다 Baking 그림 4-1 에서처럼 Photo 공정에서 Baking 은총 2회진행된다. Develop 이완료되면 Etch 저항성및기판과의접착성을증대시키기위해, 완성된 Pattern 을고온으로가열하여경화시킨다. 이를 Baking 이라고한다. Soft Bake 는 P/R 내있는 Solvent 제거와 Coating 시받은 stress 완화를목적으로진행된다. 온도는 Tg(Glass Transition Temp, 유리전이온도 ) 이상, 180

181 5. Thin Film Transistor (TFT) Process Solvent의 Boiling Point 이상. PAC의열분해온도이하로설정한다. 일반적으로 Solvent는 Soft Bake 동안완전한제거는안된다. Hard bake 는 Pattern Image의안정화, 잔여 Solvent 및 Water 제거, 접착력향상, Resin 자체의 Crosslinking을위한것이다. Tg이상, Solvent의 Boiling Point이상,.PAC 분해온도이하로설정한다 Align and Exposure 노광공정은 Pattern 을실제로기판에전사시키는 Image 공정이다. Exposure System 은일반적으로광원인 Source 와빛을집속시키는 Condenser Lens, Mask 상을기판에전사시킬수있는 Objective Lens로구성되어있다. 그림 에는 Exposure System 의일반적구조를나타내었다. Pattern 을광학적으로전사하는노광장치는 1) 기판과 Mask 사이의거리 2)Imaging 전사방식에의해구분할수있다. 기판과 Mask 거리에의해구분하면접촉형 (contact 형 ), 근사형 (Proximate 형 ), 투사형 (Projection 형 ) 으로나누어진다. 접촉형의장점은최대의 Resolution, UV energy 전달효과이며단점은 Mask와 Glass의접촉에의한 Damage Alignment의어려움이다. 근사형의경우 Mask 와 Glass 사이수μm의일정한 Gap 을유지해야하며일정한평면도를유지해야하는조건이있다. 장점은 Damage 위험성이없고, 완벽하진않지만 Alignment 기능이향상되어있다. 반면, Resolution 이저하되는단점이있다. 또한근사형은일광노광방식에적용되는특징이있다. 투사형의경우 Gap 증가로인해 Image 전달에대한 Focus 개념이추가된다. Align 기능이근사형에비해월등히향상되고 Resolution 향상되는장점이있다. Image 전사방식에의해구분하면 Scanner 방식 (Full Field Scanning Exposure), Projection 방식 181

182 LCD 표준용어해설집 (Step & Repeat projection) 으로구분된다. Scanner 방식은 1:1 노광방식이며높은 Throughput 으로인해양산용으로적합하다. 단, sub-micron 이하에는부적합한단점이있다. Projection 방식 (Stepper) 은 Glass 의일정크기를분할하여정렬노광하는방식이다. 노광면적분할이가능함에따라서 1 : 1 ~ 10 : 1의전사비율이생긴다. 전사비율이커질수록생산성은감소되며, Lens 열화및색수차문제로단파장이사용된다. 그림 Exposure System 의일반적구조 노광기에쓰이는자외선에는다음과같은종류가있다. : Near UV(I, g, h line) - 현재거의모든노광기에서사용. Mid UV - 315nm 의파장. Deep UV - 254nm 의파장으로반도체의 256M DRAM에적용된다. Excimer laser - Deep UV 급으로서 UV lamp 대체로사용된다. X-ray : 빛의고유한반사나회절현상이없으므로아주이상적이나 Mask 제작및기타장비개발의어려움. 노광기의 UV 양조절시는일정조도방식과일정전력방식을사용한다. 일정조도방식은일정전력이상이면 Lamp를폐기처분해야하며, 일정전력방식은특정조도이하에서 lamp 를폐기처분해야한다. 그림 에는 Exposure System 의일반적구 182

183 5. Thin Film Transistor (TFT) Process 조를나타내었다. 노광기에서사용되는자외선은 Reticle 과 Filter 등을거쳐정열된 Stage로도달하게된다 Development 노광후현상에는 Immersion 방식, Flood Spray 방식, Spray-Puddle 방식이사용된다. Immersion 방식은 Resist 를현상할때기판을 Batch 단위로현상조에담그거나기판 1장씩현상조를통과하게하는방식이다. Flood Spray 방식은현상액을기판위에계속해서뿌려주는방식이다. 순환방식으로현상액이현상이종료된후에도다시사용된다. 사용할수록현상액농도가떨어지므로일정시간사용후보충하여야한다. Spray-Puddle 방식은 Immersion방식과 Spray방식의단점을보완하기위해병합한방식으로서최초의현상액을기판에 Spray 로뿜어주어표면을축인다음, 기판의회전을멈추어표면장력에의해현상액이기판위에올라간상태로두어정지된상태에서현상이되도록하는방식이다. 현상액이소량소요되고, 현상균일성이우수하다. 그림 4-6 에는 Develop 방식에따른구분을도식하였다. Develop 공정에미치는변수로는현상액의농도, 시간, 온도등이있다. 1) 현상액농도 - 현상액의농도는현상시 Resist 와얼마나잘반응시킬수있는가의반응종 (NaOH, KOH, TMAH, TEAH 등 ) 의분량과관계되므로실제현상속도에큰영향을준다. 현상액의농도가낮을수록현상시간은많이필요로하고있지만 Contrast 가증가하는경향이있다. 2) 현상시간 - 현상시간은반응시간과관계있으며, 현상시간이길수록동일 Pattern Size 를재현하는데낮은노광량으로가능하지만, 너무길어지면상대적으로현상액에오래노출된 Pattern 윗부분이침 183

184 LCD 표준용어해설집 식되어 Profile이나빠지게된다. 3) 현상온도 - 현상액의온도는반응속도와관계있으므로일정온도조정이매우중요하다. (a) Immersion 방식 (b) Spray 방식그림 4-6. 현상방식분류 5. Dry etch 5-1. Dry etch and Plasma TFT-LCD 제조공정중 Active 층이나 (a-si, n+ a-si), Passivation 층 (SiNx, SiO2) 의무기막식각에는 dry etch 가사용된다. Dry etch 는 Plasma 의물리, 화학적반응을이용하여박막을제거하는공정으로무기막 184

185 5. Thin Film Transistor (TFT) Process Etching 뿐만아니라 PR Ashing 및각종표면처리등에도이용되고있다. 일반적으로 TFT-LCD 제조에는 PE(Plasma Enhanced) 나 RIE(Reactive Ion Etching)mode의 Dry etch 장비가사용된다. 장비에는공통적으로조절가능한변수들이있다. 주로 Power, Gas 종류및유량, 압력, 전극간간격등으로공정조건을조절하게된다. 식각후박막은 Etch Rate, 균일도, 선택비, Taper, Profile 을측정하여공정적용유무를판단하게된다. Dry etch 공정조건설정시는위공정적용성을모두만족하여야한다. TFT-LCD 공정에서의진공장비는 Plasma를사용하게된다. 일반적으로 Plasma 란이온화된상태의기체상태를말한다. 플라즈마속에는서로반대의전하를띤입자들, 즉전자와원자핵이뒤섞여존재한다.( 고온기체 : 전기적으로중성인원자들로만이루어짐 ) 따라서, 전체적으로는중성이지만국부적으로이온과전자사이의전하분리에의해전기장이, 전하의흐름에의해전류와자기장이발생하게된다. Plasma 분류하면, 저온글로우방전플라즈마 ( 수만도정도온도, 10E9~10E11/cm3 의밀도 ) 와초고온핵융합플라즈마등으로나눌수있다. 일반적으로공업적으로이용이활발한플라즈마는저온글로우방전플라즈마로서, 플라즈마식각 (Plasma Etch) 및증착 (PECVD), 금속이나고분자의표면처리, 신물질의합성등에서이용되고있다. 공정의미세화, 저온화의필요성때문에플라즈마공정이종래의공정을대체하고있으며, 경우에따라서는플라즈마만이제공할수있는물질이나환경을이용하기위한응용분야가점점더확대되고있다 Dry etch Mechanism 최초챔버내로가스 (Gas) 유입후다음의과정을거친다. 1) 활성족 185

186 LCD 표준용어해설집 형성 (Active Species Generation) : Feed Gas 로부터 Radical, 양 / 음이온, Neutral 로구성되는식각분위기로 Electron-Impact 에의해발생. 2) 이온가속화를위한 DC Bias 형성 : 식각될물질은고주파 (13.56MHz) 전극위에놓이게된다. Plasma 내전자이동성은이온이동성보다크게되며, 전극의가장자리에 Negative Charge 를얻게된다. 따라서전극위의물질은Positive Ion 의충격을받게된다. 3) Adsorption : Reactive Radical 들은식각될물질표면위에흡착된다. 4) 반응 : Adsorbed Species 와 Material 의반응이일어난다. 5) 반응생성물이탈 : 가스상으로반응생성물의이탈이이루어진다. 표면으로부터 Reaction Product 의제거는 Ion 충격에의해크게가속되어질수있다. 또한챔버벽이나시편위에흡착될수도있다. 6) 반응생성물배기 : Desorbed species는식각표면으로부터 Plasma 내로확산이된것은 Pump out 되야하고, 그렇지못할경우 Plasma에서반응생성물분자의해리 (Dissociation) 이일어나며, 재증착이발생한다 Mode별특성 LCD 공정에사용되는 Dry Etch mode 에는 Plasma Etching(PE) 와 Reactive Ion Etching(RIE) 의두종류가있다. 일반적으로 PE mode 의경우등방식각의경향을보여 Low Taper 등의공정에유리하고 RIE mode 의경우정밀한패턴형성등에유리하다. 하지만 Dry Etch 의여러변수들을조절하면 Mode별차이없이거의전공정에원하는형상을얻을수있다. LCD 공정에서도반도체공정처럼높은밀도의 Plasma 를이용하기위해 High Density Plasma(HDP) 를적용할수있다.TFT-LCD 에서의고밀도플라즈마는 Inductively Coupled Plasma(ICP) System 으로서높은 186

187 5. Thin Film Transistor (TFT) Process Plasma Source 로인해높은식각율과정교한패턴형성을가질수있다. RIE 나 PE mode 대비 Metal 식각및 SiO2 식각에유리하다. 하지만오염문제로인해양산적용에는어려운단점이있다. 6. Wet etch 6-1. Wet etch TFT-LCD 공정에사용되는 Wet etch 는 Etchant 라고불리는 Chemical 에기초한식각방법을말한다. Wet etch 는주로 TFT-LCD 형성박막중 Metal 층과 SiO2 층을식각할때사용된다. Wet etch 시는 1)Thermodynamics (Stable or Unstable in certain solution) 2) Corrosion Chemistry(Pourbaix diagram, Galvanic cell formation) 3) 산화-환원반응의세가지를고려하여안정설계를하여야한다. Etching process steps 은크게 1)Etch 될 Surface 로의반응물의확산 2)Surface 에서의화학반응 (Metal 의산화및 H2 Evolution) 3) 생성물의용해 ( 표면에서의제거 ) 으로이루어진다. TFT-LCD 에적용되는 Wet etch Layer 는금속성분인 Al, Cr, Mo, ITO 등과무기막인 SiO2 가있다. 이들은모두서로다른 Chemical 을사용함으로다른 Bath 에서진행되어야하며, 서로간의 Chemical 이유입되지않도록화학작용을고려하여배치및적용되어야한다. Wet etch 장비는크게 Dip 방식과 Spray 방식으로나눌수있다. 보통 Dry etch는 Anisotropic etching, Wet etch는 Isotropic etching의특성을나타내지만, Wet etch 에서일반적으로 Dip 방식은 Isotopic etching, Spray 방식은 Anisotropic etching의경향이있다고할수있다. 187

188 LCD 표준용어해설집 6-2. PR Strip PR Strip 공정은하부막의 Pattern 형성을위해사용되었던 PR 막을제거하는것으로, PR 외에공정중오염되었던이물및변성물까지동시에제거하는것을목적으로하며, 필요에따라하부기판의표면개질의목적을동반한다. PR 특성에따라 Plasma Ashing 공정이수반되기도한다. Strip 종류에는크게유기계와무기계로구분된다. 유기계는 LCD 제조에사용되고있으며필요에따라부식방지기능의첨가제또는구성성분이사용됨.( 유기계용제형 : 아민 + 용제류, 수계용제형 : 아민 + 용제 + 순수 ) 무기계는금속기판의부식문제로인해일부공정에만적용가능하며, 저렴하다.( 산형 : 황산 + 과산화수소, 염기형 : KOH수용액 ) * 아민 : ALKANOL AMINE(MEA, DEA, TEA, IPA etc) 용제 : NMP, BDG, DMSO, Carbitol, DPGME etc 그림 6-3. PR Strip Process 188

189 5. Thin Film Transistor (TFT) Process Strip 은침투 - 팽윤 - 용해 - 박리의 4단계로이루어진다. 4단계후에는재부착및반복으로 PR을제거하게된다. 그림 6-3 에는 PR Strip Process 를도식하였으며표 6-3 에는각성분의역할을요약하였다. PR 이완전히제거되지않으면이물에의한불량으로이어지므로완벽한제거가필수적이다. 표 6-3. PR Strip 각성분의역할 189

190 LCD 표준용어해설집 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술에는, 초기배열된액정분자의전압인가에따른분자배열변화를광학적인변화로써가시화하는기능을가지는셀 ( 패널 ) 을조립하는기술이다. 즉, 셀어셈블리공정은인간- 장비인터페이스로서의역할을하는표시장치를만드는중요한공정이다. 액정분자의배열변화를가시화하는것에는, TFT-LCD 의경우, 배향층을갖춘어레이기판과칼라필터기판사이에액정을넣고, 편광판을양기판의외측에배치하는구성을가진다. 이구성을공업적으로제작하기위한일반적인셀어셈블리공정을표 1에나타냈다. 표 1. LCD 패널의기본제조프로세스 공정기판투입배향접합 공정의의미 TFT 어레이기판 / 컬러필터기판의투입초기의액정분자를배열하기위한배향재료의도포와방향결정액정재료를넣기위해균일한갭을가지는용기를제작 주입, 봉합액정재료를용기에넣고, 밀봉한다. 편광판부착 액정분자의전압인가에대한배열변화를가시화하기위한광학재료의접착 큰분류로나누면, 액정분자의배향을가지도록하는 배향 공정, 액정재료를삽입하는용기를만드는 접합 공정, 공정진행사이즈로부터제품사이즈로만드는 커트 공정, 액정재료를용기에넣고, 밀봉하는 주입 공정, 광학적재료를부착하는 편광판부착 공정이된다. 이셀어셈블리공정의표준적인제조프로세스를그림 1에나타냈다. 190

191 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 도. 셀어셈블리공정표준적흐름 배향 공정에요구되는성능은배향제로서사용할수있는폴리이미드수지를균일하게기판상에형성하고, 액정분자를일정방향으로배열하게하는것에있다. 형성된폴리이미드수지의막두께는수십 ~100nm 에이르고, 기판면내의균일성이중요하게된다. 이것을공업적으로달성하기위해인쇄법을채용하고있다. 폴리이미드수지를용매에넣은용액을인쇄함으로써기판에전개하여, 200 도씨정도의온도로소성하여전술의용매성분을증발시켜원하는막두께의배향막을얻는다. 인쇄하기전의기판의청정도가최종적인셀의표시품위에영향을미치므로인쇄를하기전에기판을세정하는것이필요하다. 다음으로액정분자를일 191

192 LCD 표준용어해설집 정방향으로천으로문지른다. 이것을러빙이라고부른다. 러빙을하여액정분자의정렬의메커니즘은물리적으로해명되어있다고말하기는어렵지만, 공업적으로간편한방법을해서채용되고있다. 러빙의방향및방위각 (tilt angle) 은제품성능상중요한파라메터가된다. 접합 공정은셀갭을제어하는중요한프로세스이다. 셀갭은표시성능중에응답시간과콘트라스트비를결정하는중요한파라메터이다. 이공정은어레이와컬러필터의 2매의기판간극을일정하게하기위해서스페이서 (spacer) 를, 주변에접착제 (seal material) 를배치하여액정재료를넣을수있도록하는용기를조립하는공정이다. 스페이서를배치하는것에는균일한플라스틱구를산포하는것이일반적이지만, 최근에는어레이공정과컬러필터제조공정에서수지기둥을형성하는방법도많아지고있다. 실런트재를주변에배치하는것에는디스펜서로기판면에직접그리는방법과스크린인쇄로배치하는방법이있다. 2매의기판을조립하는것에는패널얼라이너를이용한다. 어레이기판과컬러필터기판의중합의경우, XY 방향의조립정도가실제제품의개구율에관련되어콘트라스트비를결정하므로중요하다. 커트 공정은공정진행사이즈로부터제품사이즈로커트하는프로세스이다. 일반적으로는배향공정과조립공정은표준화를위하여어레이사이즈에서진행하는것이많고, 주입공정은제품사이즈로진행한다. 따라서이러한공정사이에커트프로세스를실시하는경우가많다. 커트는다이아몬드나초경재료로글래스에흠을내고, 분리하는것이다. 주입 공정은액정재료를주입구로넣어그후주입구를봉합재로밀봉하는프로세스이다. 기포가존재하지않도록하면서균일하게주입하는것과, 제품의신뢰성에관련되는봉합을정확히실시하는것이필요하게된다. 192

193 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 편광판부착 공정은편광판, 위상차판등의광학재료를양기판의외측에부착하는프로세스이다. 기포, 먼지를제거하여들어오지않도록부착하는것이필요하게된다. 셀어셈블리기술의과제는제품의고정세화, 대형화, 광시야각화를이루는요소기술개발이다. 고정세화에대해서는조립정도 ( 중합할때정도와셀갭제어 ) 의향상, 대형화에대해서는액정주입법의단시간화, 광시야각화는틸트각제어등의배향기술의개량이요구된다. 1. 배향막형성공정 TFT 어레이와컬러필터의글래스기판각각의표시영역전체에걸쳐, 액정분자를일정한방향으로배열하기위해배향막을형성하는공정이다. 배향막은두께가수십nm의폴리이미드수지이고, 도포, 소성, 배향처리 ( 러빙 ) 의각공정을통해형성된다. 도포전의글래스기판은표면에부착된먼지와유기오염물을제거하기위해, 순수, 브러싱, 초음파, 자외선조사등을통해미리세정을실행한다. 2. 배향막도포공정 배향막인폴리이미드등의수지재료를옵셋인쇄방식으로글래스기판상의소정의영역에도포하는공정이다. 배향막도포장치는글래스기판을탑재하여이동하는테이블, 기판의이동에동기하여회전하는원통형의인쇄판지지체, 수지제의양각인쇄판, 인쇄판에배향막재료를균일하게공급하는액류롤과고무롤, 액류롤에도포액을공급하는디스펜서로이루어진다. 193

194 LCD 표준용어해설집 3. 배향막도포장치 배향막으로서의폴리이미드수지 (PI) 를원하는위치에도포 (coating) 하는기술에는포토리소그래피와인쇄법이있다. PI 의도포정도는어레이기판위의배선형성정도에비교하여비교적느슨하므로, 인쇄법을채용하고있다. 배향막인쇄법 ( 그림 1) 에서는배향막재료를전색롤 ( 아니록스롤 ) 상에균일하게전개하고, 원하는패턴을형성한수지철판위에전개한배향막재료를전이시켜, 이것을기판면에전사하는방법을가진다. 아니록스롤은미세한홈이형성된롤러로서, 이롤러에 PI 액을떨어뜨려, 닥터블레이드혹은닥터나이프라고불리는칼로이롤러의홈에 PI 액을채워, 수지철판위에균일하게전사하는것이다. 아니록스롤러위의미세한홈에의해 PI 막두께가결정되고, 롤표면의흠집과닥터블레이드와닥터나이프의흠집등이표시품위에영향을미치므로, 충분한관리가필요하게된다. 닥터블레이드방식에대해서설명했지만, 닥터블레이드대신닥터롤러를쓰는방식도있다. 이것은, 닥터롤러와아니록스롤의회전속도차를이용하여, PI액을아니록스롤위에전개하는방식이다. 194

195 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 수지철판은자외선경화형수지를채용하고있고, APR 판 (APR 은아사이카세이화학공업의등록상표 ) 으로불리고있다. 표면을 PI 액이적셔지도록가공하고있다. PI 액을기판위에전개한후, 용매를건조할필요가있다. 이것은반건조 (pre cure) 라고불린다. 용매의건조에얼룩이있으면표시품위에영향을미치게되므로, 인쇄직후에핫플레이트로실시한다. 4. 배향막소성공정 (Alignment Layer Baking Process) Offset 인쇄에표시영역전체에인쇄된 Polyimide 수지의배향막을가열처리하여열경하하는공정이다. 배향막소성장치는가열처리장치에있어서가열방식에는원적외선 Panel 비타에서가열하는 IR 가열방식, 비타가열의금속 plate 에가열하는 Hot plate 가열방식, 온도제어되는열풍을노내에순환하여가열하는열풍순환가열방식이있다. IR, hot plate 는주로매엽식이고, 열풍순한은배치식의처리에적합하다. 기판개개의면내온도분포, 기판간의온도분포, 각각균일성확보가중요하다. 등의 color filter 기판은안료층을구성하고있는것이유기재료로되어있기때문에높은온도의처리시에는회피할필요가있으며, 이열처리는 250도를넘지않는범위에서행하여야만한다. 5. 소성노 (Curing Oven) PI 를도포한후소성노를사용하여열처리를한다. 소성방식에는원적외서 (infrared) 비타에가열하는방법과여풍순환가열노 (heated air circulating oven) 을사용하는방식이있지만, 최근매엽방식에순차적으로일을처리하는것이일반적으로되고있기때문에원적외선비타에처리 195

196 LCD 표준용어해설집 하는것이많다. 아직, 소성시간 (baking time) 이라인의 tact time 에비교하여길어지므로다단식의소성실을두는구성이있다. 6. 배향 (Rubbing) 처리 (Alignment Layer treatment (rubbing) process) 배향처리공정은배향막소성장치에서열경화한배향막의표면을회전하는원통형 roller 에감아부친직모포에문지르는공정으로, 폴리이미드수지표면을일정방향으로연신, 배향시킨다. 배향처리장치는 glass 기판을수평으로유지한스테이지 (work folder) 와 rubbing roller 와그회전기기를장착한 head 2개의기본구성요소로되어있다. 러빙은테이블과 head 를상대적으로이동하여원통형의회전체 ( 러빙 roller) 에부착된직모포 ( 러빙포 ) 에열경화한배향막의표면을문지른다. Head 를고정하고 table 측을이동하는 table 이동방식, 역으로 table 을고정하고 head 측을이동하는 Head 이동방식의 2가지방식이있다. Table 측에는러빙각을세밀히설정하는기판회전구조가있다. 러빙의정밀도는 (rubbing roller 의직경 ) x ( 회전수 ) (table 의상대이동속도 ) 이다. 러빙처리의불균일은액정분자배향의불균일의원인도되고, 최종적으로는 LCD 의표면불량을불러온다. 이렇기때문에러빙 roller 와 table 간평행도, roller 의회전수정밀도와심브레정밀도, 기판측에압입된러빙포의모의길이를표시하는압입량등을정확히관리한다. 기판 size 의대형화에수반하여기판전체에걸쳐러빙 torque 를일정하게하기위해미리기판두께의분포 data 를채집하여, 러빙시 table 상하이동을 Feedback 조정하는 196

197 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 기기를가지고있는것도있다. 러빙포의이물과러빙포의 roller 에부착된불량은러빙하는것과아주큰중대한결함을야기시키기때문에그런관리는엄중하게행하여야한다. 7. 러빙장치 (Rubbing system) 배향막 (PI 막 ) 을일정방향으로문지르는것에서액정분자의초기배열을달성한다. 러빙장치 ( 도 1) 는러빙포 (rubbing cloth) 를부착한 roller 를회전배향막기판을일정방향으로문지르는기능을담당한다. 제품의표시품위는액정분자의배향의균일성에의존하는것으로보아, 러빙장치에요구되는성능은무엇보다도균일하게문지르는것에있다. 그러므로, roller 회전수의균일성, stage 평행성 (flatness), 평행도 (parallelism) 등기기정밀도 (mechnical accuracy) 가중요하다. 기판의대형화에의해장치자체의강성이요구되며, 아직, 배향막과같은유기물을포로문지르는것에서정전기 (electrostatic) 의발생에의해소자의손상에대해서도충분히검토할필요가있다. 러빙후, 포의린트 (lint) 등의게거를하는목적으로세정한다. 러빙에의해배향제어부를실시한후에는한후에는, 기판표면에불균질한접촉을하는부분이배향결함이된다. 그러므로러빙후의기판의취급은충분히주의를하는것이필요하다. 197

198 LCD 표준용어해설집 8. 배향후세정공정 (Post-alignment cleaning process) 러빙처리후에는배향막표면을포의모로기계적으로문지르는것이므로폴리이미드수지와펠트 (felt), 목선등의먼지가다량으로발생하여 glass 기판에부착되는것을피할수없다. 배향막세정후에는이런먼지를제거하는장치에있다. 초음파세정, 순수 shower 세정등을조합하여세정한다. 9. 광배향기술 (Optical alignment technology) 광배향막에자외선등을광조사하는것으로배향제어를행하는방법이다. 배향막의재료, 조사광의파장, 편광상태, 조사량의조건등등, 많은설정 parameter 가있다. 배향막표면을기계적으로마찰하는러빙법은먼지의발생과기판표면에부착, 그것의제거공정이불가피한것에반하여먼지발생이원리적으로없는 clean process 라는것이주목적이다. 10. 실패턴형성공정 (Seal Pattern fabrication process) 셀 (Panel) 공정에는 TFT array 와 color filter 의 2 매의 Glass 기판을포 198

199 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 개어얇은간격의 cell gap 에액정재료를주입한다. 주입된액정재료가흘러나오지않도록하기위하여상하 2매의 glass 기판과동시에그주위를둘레로 seal 재가필요하게된다. seal 재의패턴은표시영역이랑외측의 panel 주변가장자리를 1~2mm 의선폭으로취하지만, 그일부분은후에액정주입구로이용하기대문에끊어서형성하는것이있다. seal 재는또 2매의 glass 기판간의접착제의역할을다하는것에서에폭시수지가일반적으로있다. 이접착제의재료중에도액정층두께의균일성확보를위해 spacer 가투입된다. Seal 재중에포함된기체성분은후에열처리시에거품이되고액정재료의봉지기능을손상하며, 기체성분을미리꼼곰하게제거하려면탈포작업이반드시있어야한다. seal 재는배향처리를행한 Array 기판이 color filter 기판의어디한족에 screen 인쇄방식과 dispenser 방식으로도포하는것으로패턴형성하여그후에 100 도정도의온도에서가소성한다. seal 재는액정재료와접촉하는것이있으므로액정재료와화학적으로반응하여오염원이되지않도록하는재료를선정하는것이필요하다. 11. 씰인쇄기 (Seal printing system of realing/dispenser system) Sealing 은액정을담기위한용기를만들기위해, 2장의기판을붙여주어막을만드는기술로재료로는접착제인열경화성 epoxy resin 이사용된다. 이공정은제품의표시성능을좌우하는 Cell 두께에영향을미치므로 얼마나균일하게 Seal 재를형성하는가, 또한 유효표시영역을최대로하기위해얼마나세밀하게 seal 재를형성하는가 가중점이된다. seal 재형성하는방법 ( 표 1) 그리고 seal 인쇄방식과 seal dispenser방식이있다. 199

200 LCD 표준용어해설집 표 1. seal 도포법비교 항목 Screen 인쇄방식 Dispenser 방식 Tac time 빠르다 느리다 ( 소형불리 ) Clean도 불리 ( 기판면에접촉 ) 유리 재료사용량 많다 적다. 품종대응 품종마다제판필요 묘화soft 변경에대응 Seal 인쇄법은 screen 인쇄라고도명명한다. 기판위에 screen 판을설치, 그판위에접착제를실하면판의개구부부터 seal 재를 squeegee 해서밀고나온기판상에 seal재를형성하는방법이있다. Screen은얇은 stainless 선을 mesh 상엮여있는것에광경화수지를도포, 원하는 pattern 을노광, 현상시개구부를형성하는것을이용한다. 일반적으로기판의크기는피인쇄물의 3배크기가적당하다고말하며, 기판 size 가확대됨에따라대형장치화된다. 또배향성을가지는기판면에직접닿기때문에 screen 판의청정도관리가요구된다. 더욱이, screen 판사용횟수가증가하기때문에, 적절한수명관리가필요하다. Dispenser 방식은 seal재를담아 dispenser에 pattern 을기판상에묘화하는방식이다. 이방식은 dispenser 주행속도와처음그릴때와기록이종료될때형상이문제되었지만개선되고있어서, 대형기판사용에채용되고있다. 대응장치구성은기판을 XYθ 방향으로이동할 table, dispenser head, head 이동기구, glass 기판과토출부와의측장기구, seal 재를토출하는고속토출 valve unit 으로이루어진다. 대형기판대응에는복수개의도포 head가사용된다. C/F 기판과 array 기판과의 common측의전기적인접속을가늠하기위해, 도전 paste(common transfer material) 을도포하지만이것도 200

201 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) dispenser 방식을사용하는원하는위치에배치한다. 12. 씰가건조공정 (Pre-seal baking process) Seal pattern 형성후에기판을붙이고합하여경화하기전에, 저온에서열을주어가건조하는공정이있다. 열전달장치의가열방식은적외선 (IR), Hot plate, 열풍순환방식이있다. 13. 기판간도통형성공정 (Common transfer fabrication process) 액정 panel 의구성은, 외부구동회로의접속단자들은 2장의 glass 기판한쪽인 array 기판에형성하게되는것이보통이다. 그러므로이미한방향의C/F glass 기판측의전극과전기적통로를잡는것이필요하게된다. 액정층의두께를관통시, 상하 glass 기판내측에마련된전극이전기적도전체의기둥이된다. 도전체에는일반적으로은paste 를사용한다. 은paste 를적절한위치에정확하게적량타점하기위해장치가 dispenser 에있다. Dispenser 의기본적구성은 seal pattern 형성용의 dispenser 와동일하게되어있다. 이도전체의기둥위치는액정 seal pattern 의외측내측쌍방이가능하지만, 액정재료와의대응과오염방지의관점때문에액정재료와직접접촉하는일없이외측에자리잡게된다. 여전히이도전체의기둥은 C/F 기판측의표시영역전체에형성되어공통투명전극 (common 전극 ) 과의접촉을취하는의미로전이재라고도불린다. 14. 스페이스산포공정 (Spacer splaying process) 201

202 LCD 표준용어해설집 TFT array 와 C/F 2장의 glass 기판간격은 5μm전후로, 그사이에는액정을주입충전한두께가된다. 이두께를표시영역전체에균일하게하고, 표시성능의균일성을확보하기위해서라도아주중요한일로서, 그받침대역할을하는 spacer 가있다. Spacer 는 glass 또는 plastic 을재료로하는균일한크기의구체, 혹은균일직경의원주체로되어있다. 그 size 의균일성도그와같다면, 표시면내전역에필요한최소량으로 spacer 산포공정은 TFT array 및 C/F glass 기판어느한방향으로진행하게된다. 새로운 spacer 기술은 TFT array 측또는 C/F 측기판상에그제조공정가운데균일성높은주상구조 spacer 를감광성수지재료로 lithograph 형성하는방법이나와있다. 그경우에는 spacer 산포공정은중요하지않게된다. 15. 스페이스산포장치 (Spacer splaying system) Spacer 산포공정은액정층의두께를균일하게하기위해 2장의기판간격에 spacer를배치하는공정이다. 액정층두께는표시성능의 contrast 비, 응답속도의균일성에영향을준다. Spacer 로사용되는 plastic ball 을사용하는일이일반적이지만최근엔 C/F 형성시사전에원하는높이의기둥을만들어서산포공정을폐지하는일이많아졌다. 202

203 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 도 4 산포장치의개요 Spacer 산포장치 ( 도1) 는 plastic ball 을기판위에있는높이부터산포장치에 spacer 를공급하는부분과, 산포하기위한 nozzle 부, 기판을전하는반송, stage 부와 chamber 로구성된다. 균일한응집을막기위해산포하는 nozzle 에정전총 (gun) 을사용한다. 기판에붙는 spacer 이외의 spacer 는 clean room 을오염하는먼지로생각되어지기때문에이공정외에흩날리는것을막지않으면안된다. 16. 주상구조스페이스기술 (Pillar spacer technology) Spacer 신기술로서, 주상구조 spacer 가있다. TFT array 측혹은 C/F 측기판상에제조공정중간에균일한높이의주상구조 spacer 를형성화한 203

204 LCD 표준용어해설집 것이있다. 재료로서감광성수지를사용하고, lithograph 된 pattern 을형성한다. 종래의산포 spacer 는착지장소가미리특정곳에광변조하는 color dot 영역에착지하면광산란이일어나흑표시 level 발생을초래하거나, 응집 gap 불균일을부를가능성이있다. 그대신에주상구조 spacer 는 color dot 의주변에규칙을정하고두는일이가능해서광산란의원인이된적이없고, 한편두꺼운것도일정한곳부터균일성이처음과같아표시성능을비약적으로향상시키는일이되었다. 17. 기판조정공정 (Panel alignment process) 배향막형성, seal 형성과 spacer 산포를마친 TFT array 와 C/F 2장의 glass 기판상을배향처리된면을마주향해서, 정확하게위치를합해조정하는공정으로위치합착공정과 seal 수지재료의경화공정이된다. 2장의기판각각의대각에, 위치합 mark 를미리정하고, X축과 Y축, θ 축을제어하고상대위치를잡는다. 2장의기판간격을충분한크기로취하고, 양자비접촉상태로 10 μm정도까지의조합으로진행한후, 상대이동량이 1μm이하의미세조정을기판에거의접촉하는상태로진행한다. 다음에 seal pattern 형성공정에서는이미 pattern 화해서 seal 재를자외선혹은열을가해경화시켜서 2장의 glass 기판은강하게접착하게된다 18. 접합장치 (Panel Assembly System) 접합공정은스페이서 (spacer) 와실 (Seal) 접착제를도포시킨두장의기판을위치를맞추어서로붙이는공정이다. 2장의기판을정확한위치를맞추어붙이는것과셀겝 (Cell Gap) 을균일하게접착하는것이중요 204

205 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 하다. 접합장치는얼라이먼트 (Alignment) 기능과프레스 (Press) 기능이요구된다. 공정내, 공정간의반송시에얼라이먼트 (Alignment) 후의어긋남을방지하기위해, 자외선경화접착제를이용하여, 기판을붙여놓는방법도많이사용된다. 이후, 실 (Seal) 접착제를경화시키기위해가열처리를한다. 원하는실의두께를얻기위하여, 가압과함께가열하는것이필요하여, 여러장을동시에프레스하는지그 (Jig) 를사용하여가열로에넣어경화시킨다. 최근기판이커짐에따라지그 (Jig) 에의한프레스도한계가있어, 각장을한장씩에어 (AIR) 로가압하면서가열하는매엽봉착방식이정착되어가고있다. 19. 실 (Seal) 경화장치 (Seal material curing system) 기판을중합시킨후에실 (seal) 재를경화시키기위한장치로, 실 (seal) 재의경화메커니즘의대응방식에따라, 가열처리장치와자외선 (UV) 노광장치의 2 종류가있다. 가열처리장치는밧치식처리도가능하지만, 위치를맞추는기구와합체시킨형태에, 매엽식처리로실 (Seal) 경화까지연속하여진행시킬수있도록한기판접합장치도많다. 20. 열경화형실경화장치 (post-baking system for heat curing seal material) 실 (seal) 재의열경화형수지를사용한경우에이용하는실 (seal) 경화장치이다. 기판접착장치에서위치를결정하고, 접착된기판을 150 도정도까지의온도에서가열처리하는것으로, 2 장의글라스기판을견고히접착한다. 중합된기판 1장씩처리하는매엽식처리와, 여러장을한꺼번 205

206 LCD 표준용어해설집 에처리하는밧치식처리가있다. 21. 자외선경화형실경화장치 (Post-baking system for UV curing seal matrial) 실 (seal) 재에자외선경화형수지를사용한경우에사용하는실 (seal) 경화장치이다. 접합장치에서위치가결정된합착된기판을감압한조내에두고, 석영판을통과시켜자외선조사를하여경화시킨다. 중합된기판1장씩처리하는매엽식처리가일반적이다. 22. 판넬분단공정 (Panel breaking process) 2장의글래스기판을쌓아, 접착시킨후, 실 (seal) 재를단단히경화시킨패널 (panel) 이여러장있는기판을, 개별패널 (panel) 로분해하기위하여, 글래스커터 (cutter) 로자른후분단하는공정이다. 패널 (panel) 분단장치는커팅라인 (Cutting Line) 를긋는스크라이버 (scriber) 와브레이커 (Breaker, 분단장치 ) 로구성된다. 스카라이버와브레이커의사이에는기판의앞면과뒷면을반전시키는반송장치가놓이게된다. 2 장의글레스 (glass) 기판 A면,B 면을각각으로분하기위하여, ( 스크라이버, scriber)-( 반전장치 )-( 브레이커, breaking) 의동작이 2조필요하게된다. 한편한쪽의기판에한해브레이킹 (breaking) 한상태를하프브레이킹 (half breaking) 이라고하기도한다. 23. 스크라이빙공정 (Scribing process) 글레스 (glass) 기판표면에스크라이빙라인 (scribing line) 을긋는공정 206

207 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 이다. 스카라이브라인 (scribing line) 은글라스 (glass) 표면에대하여수직방향으로의크랙 (crack) 이다. 라인을긋기위하여스크라이버 (scriber) 의커터 (cutter) 날앞에는, 경도가높은합금과다이아몬드가사용된다. 날앞의각도, 이동속도와인가하는압력, 날이들어가는깊이의설정으로크랙 (crack) 의깊이를최적으로제어한다. 24. 스크라이버 (scriber) 글래스 (glass) 기판표면의스크라이브라인 (scribing line) 를긋는장치이다. 스크라이버 (scriber) 는, 글래스 (glass) 기판을진공흡착하여잡아주는테이블과, 초경합금과소결다이아몬드로만든회전하는칼날을가지며, 가스압으로칼날을기판에누르는압력 ( 하중 ) 조정기능을가지는스크라이버헤드로구성된다. 스크라이버헤드 (scribing head) 는가이드라인이되는커터레일을따라움직이게되고, 직선의스크라이버라인 (scribing line) 을움직인다. 헤드의주행속도를일정범위로가변하는것이가능하며, 라인을긋는사이에는일정한속도로하는기능을가진다. 칼날의날각도는, 글래스 (glass) 의두께에따라 90~140도정도의범위내에서정해진다. 25. 기판반전장치 기판의윗면과뒷면을반전하는장치이다. 패널의분단장치에는, 스크라이빙라인과브레이커사이에반송장치 ( 반송공정 ) 이놓여진다. 글라스기판표면에스크라이빙라인 ( 기판표면에수직방향의크랙 ) 을긋고, 아랫면으로부터브레이커의압력을가하도록하기위해, 기판의표리반전기능 ( 위아래반전기능 ) 은필수이다. 207

208 LCD 표준용어해설집 26. 분단공정 (breaking process) 합착한글래스 (glass) 기판을개별패널로나누는공정이다. 글래스표면에대하여수직방향으로나있는크랙 ( 스크라이빙라인 ) 의확대시키는방향이며, 반대편면으로부터라인을따라국부적으로압력을가하여, 크랙의깊이가최종적인기판의두께까지도달되도록하여분리하게된다. 27. 분단장치 (breaking system) 합착된글래스 (glass) 기판을개별패널로분단하는장치로, 브레이크머쉰또는브레이커로불린다. 글래스표면에대하며수직방향으로나있는크랙 ( 스크라이브라인 ) 의넓히는방향의, 반대편의면으로부터압력을가하게된다. 스크라이빙라인을아래쪽에있으며기판을잡아주는스크라이브테이블과, 스크라이브라인을따라아랫면으로부터압력을가하는브레이크바로구성되어있다. 28. 액정주입. 봉합공정 (LC filling. End-sealing process) 액정패널 (panel) 의셀겝 (cell gap) 에액정재료를주입충진하고, 주입구개구부를봉합하는공정이다. 액정주입공정은진공조내에서이루어지며, 액정패널 (panel) 의셀겝을진공으로두어, 실패턴개구부분 ( 주입구 ) 로부터액정재료를주입충진하는것으로, 패널의셀겝을액정재료로채운다. 이후, 진공조를대기압으로돌려, 액정을채운뒤, 액정패널을빼내어, 주입구에자외선경화수지등의봉합재를도포하여경화시키는것으로봉합공정이완료된다. 일반적으로, 화면대각사이즈 38cm 글라스의 LCD에필요한액정재의용량은 0.3~0.4cm^2 정도의극소량이다. 208

209 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 29. 액정주입공정 (1) (LC filling process(1) 액정패널내의주입구개구부로부터액정재료를주입충진하는공정으로, 진공배기된액정주입조의내부에서이루어진다. 액정패널은액정주입조내에셋트 (set) 되어주입조전체를진공배기시켜, 셀겝도진공상태로감압시긴다. 주입의방법에는, 액정패널의한변에있는액정주입구를액정접시에담겨진액정재에담그어, 모세관현상으로패널내에액정주입을하는딥프 (dipping) 식, 액정주입에정량의액정재를적하시켜주입하는디스펜서식등이있다. 전자는접촉식, 터치식등으로불린다. 후자는, 적하식으로도불린다. 셀겝의진공배기가불완전하거나, 액정재중의공기와저비점의물질이용해되어있으면, 액정주입후에패널내부에기포가남는다던지, 액정을완전히미충진액정주입불량이일어난다. 따라서, 공기와저비점물질을감압제거하는탈포 ( 탈기 ) 작업과충분한진공배기작업이필수다. 딥프 (dipping) 식에는, 패널 (Cell) 내외의압력차가커지게하기위해, 복압후의패널외부압력을대기압이상까지올려, 주입속도를향상시키는가압주입법도이용되고있다. 화면사이즈가대형화됨에때라, 액정주입공정에요구되는시간이길어지는문제가일어남에따라, 주입구의복수화도채용되고있다. 근본적인해결책의액정주입기술로는, 실패턴의개구부 ( 액정주입구 ) 를설계하지않고, 중합하기전의한쪽의글라스기판의실패턴내부에액정제를떨어뜨린후, 2장의기판을중합하여합착하는 ODF(one drop fill) 방식이개발되어있다. 30. 액정주입공정 (2) LC filling process(2) 209

210 LCD 표준용어해설집 액정주입공정은, 표시기능구현의주물질인액정을 2매의전극사이에배치하기위해, 지금까지에형성시킨용기에액정을주입하는공정이다. 일반적으로, 진공내의주입시키기때문에, 진공주입방식 ( 도1) 로불린다. 액정과액정이들어가지않은셀 ( 빈셀 ) 을진공조 (vacuum chamber) 내에배기시켜, 원하는진공도에도달하면빈셀에주입구와액정을접촉시켜, 대기압으로되돌린다. 빈셀은갑압시킨상태이기때문에, 액정이주입구로부터들어가게된다. 이공정에는액정이들어가지않은부분 ( 기포 ) 를남기게되면심각한표시 Defect 가되기때문에, 액정과빈셀의배기를충분히실시하는것이필요하다. 액정을주입한뒤, 주입구를막는다. 일반적으로는자외선경화형접착제를사용하여막는다. 이것을봉합이라한다. 대형셀의경우는주입시점에여분의액정이들어가있기때문에가압하여여분의액정을토출시켜봉합한다. 210

211 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 31. 액정주입장치 (LC filling system) 액정주입방식에따라, 딥프 (dipping) 식, 디스펜서식의장치가있다. 위의장치둘다, 액정주입조와이것을진공으로하는진공배기장치, 액정재료의탈포 ( 탈기 ) 작업을수행하는탈포조, 액정패널의주입구에액정재료를공급하는장치로구성되어있다. 1) 딥프식액정주입장치 (dipping system for LC filling) 액정재의액정주입구에의공급에, 액정접시의액정을담그는딥프 (dipping) 방식을채용하고있는액정주입장치. 주입용의액정재를떨어트려둔용기인액정접시, 거기에액정재를내장한액정주입조와, 주입조를진공배기하기위한진공배기장치, 액정재중의공기와저비점물질등을갑압제거하는액정탈포조등으로되어있다. 액정패널외부의압력은액정주입전의감압상태로부터, 액정주입후의대기압 ( 경우에따라서가압 ) 상태까지변화시키게된다. 대기압으로돌릴때에는질소가스와공기를넣어진공을대기압으로한다. 2) 디스팬서식액정주입장치. 액정재의액정주입구에공급에디시스팬사에의한정량적하방식을채용한액정주입장치이다. 액정주입조와진공배기장치, 액정탈포조등으로이루어져있는것은딥프 (dipping) 식액정주입장치와동일하다. 32. 액정주입구봉합공정 (end-dealing process) 액정주입을완로한패널의액정주입을수지재료의봉합재 ( 봉구재로도 211

212 LCD 표준용어해설집 말한다 ) 로막는공정이다. 봉합재에는, 경화메커니즘에따라자외선경화형과열경화형의두 2종류가있다. 봉합재는액정재에직접접촉하게되기때문에, 액정재와반응해서는안됨은물론, 오염원이되지않아야한다. 33. 액정주입구봉합장치.(end-sealing system) 액정패널의액정주입구에, 자외선경화수지또는열경화수지의봉합제료을도포하는디스펜서와, 봉합제의경화장치로구성되어있다. 1) 디스펜사 (seal material dispencer) 봉합재의수지재료를, 액정패널의액정주입구에도포시키는장치이다. 봉합wo를모아둔스텐레스또는포리애틸렌의카트리지탱크, 그리고거기에달려있는노즐 ( 니들이라고도함 ) 으로부터봉합재가토출되어, 주입구에도포된다. 한점에의봉합에대응되는것뿐만아니라, 여러점의봉합용토출이가능하도록하는것도있다. 토출량을일정하게유지하기위해, 토출압력보정컨트롤러가있다. 2) 자외선조사장치 (UV irradiation system) 자외선 (UV) 를조사하여, 자외선경화형의봉합수지재료를경화시키는장치이다. 광원이되는고압수은램프와그전원, 냉각장치, 자외선을고효율로집광하는타원반사경으로구성된램프하우스, 자외광을임의의방향에가이드하는광화이버 (light fiber) 등으로되어있다. 34. 패널세정공정 (panel cleaning process) 212

213 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 액정주입공정에패널 (panel) 의표면과패널의주입구등에붙어엤는액정재료등을소거하기위한세정공정이다. 세정액은순수물 (pure water) 을초음파와함께사용하는세정장치가사용된다. 셀세정으로도불리기도한다. 35. 면취 ( 연마 ) 공정 (panel beveling process) 액정재로를주입하고, 주입구의개구부를봉합한패널의글래스엣쥐의각도는, 수직크랙 (crack) 의스크라이브라인 (scribing line) 의연장에있기때문에기판표면에대하여직각이다. 면취 ( 연마 ) 는글라스엣지를빗겨깍아내는공정이다. 글라스엣지로부터의유리조각발생방지, 정전파괴방지용의 TFT 어레이 (array) 기판에설계되어있는숏트링크의제거, 모듈공정에장치된드라이버TCP 단자의파손방지를목적으로한다. 글라스절단면상하의앳지 (edge) 외에도패널의 4개의코너부분의연마도행한다. 36. 면취 ( 연마 ) 장치 (panel beveling system) 글라스기판의가장자리 (Edge) 를경사를주어깍아내는면취 ( 연마 ) 장치는, 패널을흡착고정하는연마테이블과, 지석해드부로되어있다. 해드부분은다이야몬드입자와결합재를혼합하여소결시킨다이아몬드호일와그부착부인주변부, 거기에모터에의한회전기구로되어있으며, 연삭각도를임의로설정하는기능을가지고있다. 연마각도는일반적으로 45 도가선택되고있으나, 쇼트링크제거에는 30 이하의각도가선택된다. 테이블과헤드의이동은수치제어되어, 높은연마정도를가진다. 37. 글래스절단장치 (scribing & breaking system) 213

214 LCD 표준용어해설집 이공정은, 공정유품사이즈로부터제품사이즈로잘래내는공정이다. 어레이공정, CF 공정에는생산을고려하여, 특정제품사이즈에의존하지않고표준화된대형판사이즈로흘리게된다. 제1 세대는 300X400 mm, 제2 세대는 360 X 465mm, 제3세대는 550 X 650mm, 제 4세대는 720 X930mm 로기판사이즈는확대되어가고있으며, 컷트 (cutting) 공정의품질이중요하게되었다. 글라스절단장치 ( 도1) 은, 종래로부터행하여졌던글라스절단법을사 그림 1. 글라스절단장치의전형적구성 용하고있다. 다이아몬드등의초경재료 (chip) 를사용하여설계상의커팅라인을따라격자형으로긋고 ( 스크라이브 : scribing), 이렇게그려진부분을압력을주어나눈다.( 브레이크 : breaking) 품질은, 단면의커트상태의형태에있으며, 스크라이브 (scribing) 조건, 브레이크 (breaking) 조건의최적화로이안정화를이룬다. 또칩형상의개량에의해품질적인안정성을추구할수있다. 214

215 6. 셀 ( 패널 ) 어셈블리기술 (Cell(panel) assembly technology) 38. 유리조각제거공정 (cullet removing process) 패널표면에붙어있는유리조각 (cullet) 를제거하는공정. 나이프엣지로제거하는방법, 회전하는다이아몬드호일을이용하는방법이있다. 39. 패널최종세정공정 (panel final-cleaning process) 편광판을붙이기전에유리조각 (cullet) 과글라스가루를제거하는공정, 순수한물세정과브러쉬세정이조합하여이루어진다. 40. 편광판부착장치 ( polarizer sticking system) 이공정은, 액정분자의전압인가에따라배열변화를가시화하기위하여편광판을셀의양측에붙이는공정이다. 편광판에는편광자와점착제, 보호막, 박리필름 (separator) 로구성되어있다. 편광판을부착시에박리필름을벗겨내는작업이있으며, 이때정전기발생이일어나기때문에, 방전대책이필수이다. 편광판을부착하기전에는이물이들어가지않게하기위하여, 부착하려고하는표면에크리닝 (cleaning) 하는공정이필요하게된다. 215

216 LCD 표준용어해설집 1. CCFL( 냉음극형광램프 : Cold Cathode Fluorescent Lamp) 냉음극형광램프는유리관내벽에형광물질이도포되어있으며관양단에전극이부착되어있다. 또한관내에는혼합희가스와정량의수은이봉입되어져있다시동시전극간에고전압을인가하면, 관내에존재하는전자가전극 ( 양극 ) 에이끌리어고속으로이동하고전극에충돌하여, 2차전자가방출되어방전이개시된다. 방전에의해유동하는전자는관내의수은원자와충돌해서자외선 (253.7nm) 을발생하고, 이자외선이형광물질을여기시켜가시광선을발광합니다. Red, Green, Blue 의형광물질배합비를변경함에따라, 액정에알맞은발광색을선택할수있다. 216

217 7. Backlight Unit(BLU) 2. EEFL( 외부전극형광램프 : External Electrode Fluorescent Lamp) 외부전극형광램프 (External Electrode Fluorescent Lamp : EEFL) 는기존의냉음극형광램프 (Cold Cathode Fluorescent Lamp : CCFL) 를광원으로하는직하형 Backlight Unit의대체광원으로주목받고있다. 기존 CCFL과달리 EEFL은전극이외부에있어 Glass tube를 Capacitance 로이용함으로써여러개의램프를병렬연결구동이가능하다. 램프를병렬연결하여구동이가능하므로기존의 CCFL 이개별구동하는것에비해 Cost면에서장점이있다. 3. LED( 발광다이오드 : Lighting Emitting Diode) BLU 전류를인가하면전자가에너지레벨이높은곳에서낮은곳으로이동하여특정한파장의빛을내는단색광원을말한다. LED 를 LCD 백라이트로채용했을경우높은색재현성, 고속응답과 Hg이없는자연친화적인장점을가진다. 높은색재현성을철저하게추구한다면형광체를매개로하지않고각발광색을그대로사용하는 RGB 색 LED 가유리하다. 미쓰비시전기는 RGB색 LED를활용해 NTSC 대비 104.4% 로 CRT를능가하는색재현성을실현할액정모니터를개발했다. 형광체를사용하는 LED 에서는유사백색 LED 가적색이약하다는결점이있었는데그결점을보완하는것이근자외백색 LED 다. 유사백색 LED 와같이청색과황색의조합이아니라 RGB 형광체에따라적색, 녹색, 청색이균형적으로발광한다. 고속응답은컬러필터를사용하지않는필드시퀀셜액정패널을실현한다. 발광이안정되거나사라지거나할때까지의응답시간은종전의 217

218 LCD 표준용어해설집 CCFL 이약 10 ms인데대해 LED 는몇ns로 3자리이상짧다. 그러므로고속응답액정과조합하여각색을시분할로전환해도거부감없는컬러표시를실현할수있다. < 백라이트광원 LED 종류 > 유사백색 LED 형광체있음 근자외 LED RGB 색 LED RGB 색 LED ( 별도패키지 ) (1패키지) 형광체없음 휴대전화기용으로실적있음 적색의강도가낮다 색재현성이높다 형광체, 봉지수지의재료개발이필요 고출력화가용이 혼색연구가필요 혼색연구가불필요 투입전류량에제한있음 4. 인버터 (Inverter) 전기는직류 (DC: Direct Current) 와교류 (AC: Alternating Current) 로분류가되는데직류를교류로, 교류를직류로그리고직류를직류로변환시켜주는전원변환장치를인버터라고한다. 일반적으로 TFT-LCD B/L 의광원으로사용되는냉음극형광램프 ( CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp) 을구동하기위해서는고전압의교류가필요하기때문에냉음극형광램프인버터로는저전압의직류를입력으로받아고전압의교류로변환시켜주는 DC-AC 인버터를사용한다. 218

219 7. Backlight Unit(BLU) 1) Vin : Inverter Input voltage, DC 2) Iin : Inverter Input current, DC 3) f : Inverter frequency 4) Vout : Lamp Voltage 5) Iout : Lamp Current 6) Vopen : Inverter open voltage 7) Shut-down no load 5. SMPS(Switching Mode Power Supply) 전력용트랜지스터등의반도체소자를스위치로사용하여직류입력전압을일단구형파형태의전압으로변환한후필터를통하여제어된직류출력전압을얻는장치이다. <SMPS 기본구성도 > 219

220 LCD 표준용어해설집 직류입력전압을출력전압으로변환하는 DC-DC Converter, 출력전압을안정화시키는궤환회로로구성되고, 이궤환회로는출력전압의오차를증폭하는오차증폭기, 증폭된오차와톱니파를비교하여구동펄스를생성하는비교기, DC-DC Converter의주스위치를구성하는구동회로로구성된다. 6. HALT(Highly Accelerated Life Test) 제품의취약부위나잠재결함을온도, 진동, 전원등을이용하여단기간에촉진하는가속스트레스시험으로다양한한계스트레스를이용하여제품의취약부위를단기간에실험적으로규명하는 Margin 발견프로세스이다. 그효과로는매우짧은시간에적은수의시료를통하여제품의취약부위를검출및개선하여, 최소한의비용과시간으로제품의신뢰성을극도로향상시킬수있고, 설계단계에서제품의전기적 / 기계적설계마진을향상시키며부품및제조문제점을사전검출할수있다. 그리고전원및온도, 진동스트레스를이용하여시장환경에서발생할수있는다양한스트레스에대응할수있는신뢰성시험이다. 220

221 7. Backlight Unit(BLU) 7. HASS(Highly Accelerated Stress Screening) 공정에서사용하는 Screening 기법의한가지로대량생산시발생하는각종산포성품질결함 ( 설계, 부품, 작업자, 제조결함 ) 을신속히찾아내는시험기법으로기존의상온또는고온 Aging 만으로는검출하기어려운산포성잠재결함을온도, 진동, 전원등을복합적으로인가하여시험의검출력을올리는기술이다. 8. LVDS(Low Voltage Differential Signalling) LCD Monitor 는 Pixel 단위의 Discret 한 Display 구조를갖고있기때문에 Display Mode 에따라화소수가늘어나고, 표현가능한색상수가늘어남에따라화소의데이터양이증가하여단위시간당 LCD Module 과 PC 의 Graphic Controller 사이에는매우많은양의데이터를전송해야하는문제점이발생하게된다. 기존에는많은양의데이터를보내기위해병렬신호처리로 System 을구성하였으나병렬신호처리시, Data 전송을위한 Line 이최대 24 개, Control 신호 Line 이 4개등총 28 개의전송 Line 221

222 LCD 표준용어해설집 이필요하게되며, 신호가고속화되면서선간상호간섭에의해데이터의 Error가증가하게된다. 특히고속데이터전송등으로인해 Noise 발생및 EMI 문제가중요한이슈로등장하게되었다. 이러한기술적문제를해결하기위해서 LVDS 가도입되었다. 이기술은공히 Transmitter 와 Receiver 가서로다른 Point to Point 전송방식을가지며 Transmitter는 Graphic Controller 가되고 Receiver 는 LCD Panel 로구성되며값싼 Twisted Pair 를사용하여수M의 Interface 에서 Fiber Cable 사용시 ~200m 까지의길이의 Data Transfer 전송 line 을갖는다. 이기술의핵심은고속데이터전송에의한 EMI 개선능력및고속의안정된데이터전송을보장할수있는가에있다. 아울러 VESA 의 P&D(Plug and Display) 및 DDC(Display Data Channel), DMPS(Display Power Management Signal) 등의표준화를접목시키는작업이한창진행중에있다. <LVDS 동작방법 > 9. TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) DVI 는 TMDS 라는디지털전송프로토콜을적용하고있다. 따라서 222

223 7. Backlight Unit(BLU) DVI 를지원하려면 TMDS Link 방식의 TMDS Transmitter 와 TMDS Receiver 라는시그널변환칩셋이필요하다. 이방식은미국의 Silicon Image 사에서개발하여세계표준이된규격으로그래픽카드쪽에는 Transmitter 가장착되고모니터쪽에는 Receiver 가장착되어그래픽카드에서모니터로디지털데이터를전송할수있게되는것이다. TMDS Link 이목적은 PC 에서나온디지털데이터를신호의손실없이더멀리보내고, 더높은대역의신호를전송할수있도록변환하는것이다. 이렇게변환하는이유는 PC 에서바로나온디지털신호는출력이약해멀리가지못하기때문이다. 노트북의경우처럼 PC 와모니터간의거리가매우짧은경우에는 LVDS 라는방식을이용하여 PC 와모니터간에디지털신호전송이가능했으나이방법은전송거리가최대 3m 로서데스크탑 PC 와모니터처럼다소먼거리를전송시키기에는이방법만으로는한계가있어 TMDS Link라는새로운방식을개발하였다. TMDS 는 165MHz 에서동작가능하다. Single 10-bit TMDS Link 는 1.65Gbps 의 bandwidth 를가지는데이것은 Resolution의디지털영상신호가 60Hz 로올경우동작할수있는정도의빠르기다. 10.RSDS(Reduced Swing Differential Signaling) Signal Amplitude 를기존의 3.3V 에서 0.2V 수준으로줄이고, 이를한쌍의차동신호로만들어전송하는방식이다. 차동신호는두신호의상대적차이가중요하기때문에두신호에공통적으로인가되는 Noise 등에 Immunity 가좋다. 기존의 LVDS 가이와유사한개념이나, LVDS 는 PLL(Phase Locked Loop) 을적용하여 Data Serialization 을하며주로일대일 (Point-to-Point) Data 전송을하나, RSDS 는 Clock의 Rising/Falling 223

224 LCD 표준용어해설집 Edge 모두를 triggering 하는방법으로일종의 Serialization 을하지만별도의 PLL을적용하지는않으며, 일대다 (Multi-drop) Data 전송을한다는차이점이있다. Timing Controller 에서 Differential Signal 형태로 Data 를전송하면, 종단에있는 Termination 저항에의하여전압이 Define 되고각 Drive IC 에서이전압신호를받아들인다. RSDS 출력 Buffer 한개의 Current 소모및 Define 되는전압의관계식도아래의그림에표시하였다. 또한 LVDS와는달리 Variable Current Driving 방식이다. 11. Dimming 방식 Lamp에들어가는전류의크기를조절하는 Current control 방식과 Lamp를일정주파수로점멸하는 PWM 방식, 두가지를혼용하는 Complex 방식이있다. Current Control(Analog Dimming) 방식은비교적 Panel 에영향을주지않고 dimming가능하고 minimum brightness에서도부분점등이되지않을정도의최소전류가필요하다. 인버터조건이 maximum brightness 상태에최적화되어있으므로 dimming 상태에서효율이저하된다. PWM Control 방식은약 200Hz 정도의주파수로 Lamp를점멸함으로써 dimming 하는방식으로애용량의전류를일정주기로 ON/OFF 함에따라 panel 전원부의 Ground 불안정과 noise가발생함으로물결무늬를야기한다. Minimum brightness 상태에서부분점등문제해결가능하다. Complex Control 방식은초기단계에서는 Analog 방식을사용함으로써물결무늬가능성을억제하고후기단계에서는 PWM 방식을사용하 224

225 7. Backlight Unit(BLU) 여 Dimming ratio 를높인다. <Current Control 방식 > <PWM Control 방식 > 12. 도광판 (light guide plate) 광원으로부터제공되는빛을구동영역으로인도하는역할을하는얇고투명한판으로입사된빛을유도하여구성된패턴에균일하게분포시 225

226 LCD 표준용어해설집 키는기능을하며 TFT-LCD 로된제품의부품으로사용된다. 광원인 CCFL 은보통패널의가장자리에위치하게되는데이로인해빛이전면적에걸쳐균일하게투과하지않고가장자리가더밝은경향을띄게된다. 이를전면으로균일하게투과시키기위해도광판을사용한다. 도광판의재질은보통투명아크릴수지로강도가높아깨지거나변형이적으며, 가볍고가시광선투과율이높은것이특징이다. 도광판전체가빛을균일하게투사시켜주도록뒷면에특별한처리를하여빛의난반사를유도한다. CCFL 로부터거리등을고려해서설계된모양대로패턴처리를한다. 패턴처리를하고나면양끝단만밝았던도광판이전면에서균일한빛을발하게된다. < 도광판 > 13. Reflector LCD에서 reflector 라함은 reflector sheet를줄여서사용한다. 도광판에서전해지는광원의빛을효과적으로상부로반사시키기위한용도로사용된다. 일반적으로 PET 하부기재에반사율이높은 white polyester film 을적층한구조로사용한다. 빛은 PET 면에서 1차반사되고반사되지않고투과된빛은다시하측에 coating 된반사 layer 에서최종반사된다. 이때하층 coating layer 는 reflector sheet 에별도에 pattern 없이몰드살에빛이반사되어화면을어둡게만드는현상을감소시키는역할을한다. 226

227 7. Backlight Unit(BLU) < 도광판과 reflector> Substrate(PET) Coating Layer <Reflector film, SKC 제품 > Module 구동시빛이상대적으로많이발산되어생기는휘선을감소시키기위해 reflector sheet에적다한농도의 pattern을인쇄할수도있다. 14. 직하형백라이트 (direct backlight) 반사판, 확산판등으로빛의휘도와균일도를조절하기위하여디스플레이스크린뒤에부착된광원. Lamp 위치에따른 Backlight Unit 은직하형과 Edge 형이있다. 직하방식은 LCD Panel 의밑면에광원을두어, Panel 전면을직접조광하는방식으로, 광원은주로냉열음극관이사용된다. 직하방식의특징은양산화가용이하며, 경량화를기대할수있고고휘도를얻을수있지만냉열음극관은내열, 그리고광균일문제가있다. 227

228 LCD 표준용어해설집 < 직하형백라이트 > 15. 측면광원 (edge light/side light) 반사판, 확산판, 도광판등으로빛의휘도와균일도를조절하기위하여디스플레이스크린옆에부착된광원. LCD Panel 의한측면혹은양측면에광원을놓고, 도광판및반사판에광선을반사, 확산하는조명기구로서, 주로광원으로는냉, 열음극관형광등, LED 을사용할수있다. 이방식은, 직하식과비교하면경량화에불리한반면, 휘도광지향조절이용이하고 Total System 으로서유리하며, 내구수명도긴장점이있다. < 측면광원 > 16. 확산판 (diffusing plate/diffuser) 광원으로부터나오는빛을확산시켜디스플레이장치로균일하게조사시키는광학소자. 228

229 7. Backlight Unit(BLU) 측면광원방식에서도광판으로부터출사된광은정면방향의빛이적고, 법선방향에대하여각도를갖고있는광이많기때문에, 이법선방향의광을굴절효과에따라, 정면방향으로변화시켜정면휘도를높게하고균일도를높여준다. 아래그림및사진은확산판에대한기본구조를나타낸것이다. 229

230 INDEX