TFT LCD (Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) Advanced Materials and Future Technology 2009-06-04~05
TFT-LCD Panel 구조
Passive and Active Matrix
TFT in AMLCDs
TFT 와화소구조
LC(Liquid Crystal) 액체와결정의중간성질을갖는유기화합물로전압이나온도등에의해분자의배열이변화되어색이나투명도가달라지는특징을가지고있다. 일정온도범위에서유동성을지닌액정상태이며동시에광학적으로복굴절성을나타내는결정이다. 2009-06-01 7
LCD(Liquid Crystal Display) 액정의특정한분자배열에전압을인가하여다른분자배열로변환. (Cell 의복굴절성, 선광성, 2 색성, 광산란특성등의광학적성질의변화를시각변화로변환 ) LCD 는액정 Cell 에의한빛의변조를이용한수광형표시장치. TN(Twisted nematic) 혹은 STN(Super twisted nematic) 액정을주로사용. ( 방식에따라스메틱과콜레스테릭액정이사용 ) 액정배열은액정분자가전극사이에서 90~270정도뒤틀리게되어있으나인가전압에의해액정의뒤틀림이해소되므로 2 장의편광자사이에액정 Cell을설치함으로써명암, 색변화의표시가가능. 2009-06-01 8
LCD 의기본구조 2009-06-01 9
LCD의특징 ( 장점 ) (1) 저소비전력 ( 수 수십μW/cm2) 으로장시간의전지구동이가능한에너지절약형이다. (2) 저전압에서동작 ( 수 10V) 하므로직접 IC 구동이가능하고구동전자회로의소형화, 간략화가가능하다. (3) 소자가얇고 ( 수mm), 또한대형표시 ( 수십 cm대각 ) 에서부터소형표시 ( 수 mm 대각 ) 까지가능하다. 특히, 휴대형 (portable) 기기에적합하다. (4) 수광형표시이므로밝은장소에서도표시가선명하다. (5) 표시의컬러화가쉽기때문에표시기능의확대, 다양화가이루어질수있다. (6) 투사확대표시나집적표시가가능하여대화면표시 ( 수 m 대각 ) 가용이하다. 2009-06-01 10
LCD의특징 ( 단점 ) (1) 비발광형이므로반사형표시인경우어두운곳에서표시의선명함이떨어진다. (2) 선명한표시가요구되는경우또는컬러표시의경우후광 (back light) 을필요로한다. (3) 표시콘트라스트가보는방향에의존하는경우가많아서시각에제약을받는다. (4) 응답시간이주위온도에의존하기때문에저온동작 (-30-40 ) 에어려움이있다. 2009-06-01 11
LCD 의종류 투사형 (projective view) : 패널자체에서나오는영상을확대시켜보는방법배면투사형 : 뒤에서투사 ( 프로젝터 ) 전면투사형 : 앞에서투사 ( 프로젝션 TV) 직시형 (direct view) : 패널자체에서나오는영상을직접보는방법반사형 : 외부광 ( 태양광, 주변광원 ) 을이용반투과형 : 저소비전력 ( 반사형 )+ 고휘도 ( 투과형 ) 투과형 : 액정디스플레이내부에광원이있음 구동방식에따라수동형 (Passive Matrix) 와능동형 (Active Matrix). TFT LCD 는능동구동방식. 2009-06-01 12
Active Matrix 구동 Active Matrix 화소하나하나마다 TFT(Thin Film Transistor) 를가지는구동방식. 각화소를선택적으로작동시키므로 Passive Matrix방법에비해전력소모가적고, 더선명한상을얻을수있다. Ex)TFT-LCD 2009-06-01 13
LCD 의구동원리 액정의유전이방성과복굴절성에의해전압을인가해주면액정들의배열이달라지게되고이에따라 Back Light 에서나오는빛의방향이한방향으로편광이된다. 이때, Panel 양쪽의편광판에의해편광된빛을통과, 또는차단하게됨으로써화면을표시하게된다. 전압을인가하였을때빛을통과하느냐못하느냐에따라정상화이트모드 (Normally White Mode) 와정상블랙모드 (Normally Black Mode) 로나뉜다. 2009-06-01 14
TFT LCD 의해상도 2009-06-01 15
Solar cell
태양전지개발의필요성 화석연료의고갈 온실가스감축의무본격화 국내현황 2030 년까지 화석에너지비중 : 82.7 % 61 % 축소 저탄소에너지비중 : 신재생 : 2.4 % 11 % 확대원자력 : 14.9 % 28 % 확대 신재생에너지중주요 3 대 Issue 풍력발전 ( 신재생에너지내비중 : 1.7% (2008) 12.6% (2030)) 연료전지 ( 잠정적미정 ) 태양광발전 (0.9% (2008) 4.1% (2030)) - 태양광발전은배기가스, 폐열등환경오염 ( 석탄화력발전대비약 240 g-carbon/kwh 절감 ) 과소음이없고, 발전용량의신축성과발전시설의유동성이있어주목을받고있다.
* 특징 : 변환효율 17 21% 로가장높지만고순도실리콘의사용량이많아실리콘태양전지의종류 재료 종류설명 Ingot 형 단결정 고순도실리콘을이용하며, 제조방법이반도체와비슷함. * 특징 : 변환효율 17 21% 로가장높지만고순도실리콘의사용량이많아제조에필요한에너지나비용이높음. 결정의입경이수 mm 정도의다결정실리콘재료이용. 생산량이가장많음. 도체다결정 * 특징 : 변환효율 15 17% 로단결정보다낮은편이나, 단결정에비해재료계나제조비용의저감가능. 열반박막형 ( 비정질 ) 결정계태양전지셀과비교하여저비용으로제조가능 * 특징 : 변환효율 7 9% 로낮으나, ingot 형에비해비용절감. 합금단결정 (GaAs 계 Ⅲ Ⅴ 족 ) 다결정 (Cds/CdTe CIS 계 Ⅱ Ⅵ 족 ) 기타합금단결정 (GaAs 계, Ⅲ Ⅴ 족 ), 다결정 (Cds/CdTe, CIS 계, Ⅱ Ⅵ 족 ) 유기물계 염료감응형
Solar cell 반도체의성질을이용하여빛에너지를전기에너지로바꾸어주는소자 광전효과, 광기전력효과 Photoelectric effect Photovoltaic effect
Solar cell 구조 Glass TCO - 빛에의해생성된전자와홀은 n-layer (+) 와 p-layer (-) 가이루고있는내부전기장에의해전자는양극 (TCO) 으로홀은음극 (Metal Electr -ode) 으로이동한다. n type Si layer p type Si layer Metal Electrode + + - + - + - + - Capacitor
Solar cell 원리
Solar cell 종류 실리콘화합물기타 Bulk Ⅱ-Ⅲ-Ⅵ DSSC( 염료감응 ) Single, Multi Film Poly, Amorphous, Micro Cu(In,Ga)Se 2,CuInSe 2 Ⅱ-Ⅵ CdTe, Cu 2 S Ⅲ-Ⅴ GaAs, InP, Tandem MQW( 유기물 ) Organic Cell
Solar cell 종류별원리
적용 응용분야 주택기기도로관리시설해상표식시설통신시설농업시설민생기기운송용기기방재보안기기공공산업용시설에너지공급시설우주발전 제품 이용기기 정원등, 차고등, 문 현관등, 환기팬, 온수기, 주택용태양광발전시스템각종도로표식, 안내판, 가로등, 경보장치, 터널조명등대, 각종부표, 해양목장, 해상발전무선중계국, 위성지상국, 각종 Telemeter 전원펌프시스템, 물분무기, 환기장치전자계산기, 시계, 배터리충전기, Lantern 공기청정기, 환기장치, Solar Car 경보시스템, 각종검지기이동식조명전원, 컨테이너환기전원, 산업등태양광발전시스템, 공원화장실환기 조명장치 Solar Village전원, 하이브리드발전시스템, 태양광발전소각종위성발전장치, 기상관측장치전원
이용사례 태양열자동차 제로에너지솔라하우스전경 조선대기숙사태양열시스템 화성탐사선 Spirit Rover
박막형실리콘태양전지개발의필요성 박막형실리콘태양전지개발의필요성 1st 2008년폴리실리콘가격이약 $75/kg 으로 2003 년 $24/kg 에비해약 3배이상증가 실리콘을상대적으로적게사용하여제조비용을절반으로할수있는박막태양전지에관심이고조. ( 단결정 : $2.96/W, 다결정 : $2.77/W, a-si : $1.85) 2nd 기판의형태에따른무게조절이나평평하지않은상태에서활용가능 유리기판 건물의유리건축재플라스틱기판 전자기기표면, 군용비상발전기, 곡면의조형물등
박막형실리콘태양전지의기술개발현황 Single junction Tandem cell (double junction) a-si:h/a-si:h a-si:h/a-sige:h a-si:h/μ-si:h Triple junction a-si:h/ a-sige:h/μ-si:h Si:H Efficiency : 5~6 % Efficiency : 6~7 % Efficiency : 7~8 % Efficiency : 11~12 % Efficiency : 13~14 % a-si:h a-si:h a-si:h a-si:h a-si:h a-si:h a-sige:h a-sige:h μ-si:h μ-si:h 단순한구조 낮은제조원가 단파장만이용 흡수층두께감소 단파장 / 중파장흡수 효율증대 고품질 a-sige:h 개발어려움 단파장 / 장파장흡수 효율증대 a-si:h 에비해 μ-si:h 의흡수율이낮음 흡수율높이기위해두께를높임. 단파장 / 중파장 / 장파장흡수 효율극대화 고품질 a-sige:h 개발어려움 제조원가상승
1. LED 의개념 2. LED 구조및동작원리 3. LED 발광파장영역 4. LED 의장단점 5. LED 의종류
LED 의정의 화합물반도체의특성을이용 전기신호 ------ 적외선 or 빛 신호를보내고받는데사용 가전제품, 리모콘, 전광판등에사용
LED 발광원리
고휘도백색LED성능지수가백열전구, 할로겐수준을넘음 일반형광등수준에비해높은성능을보여줌 EU 의 R HS 의규제중수은을사용하지않 EU 의 RoHS 의규제중수은을사용하지않는친환경적특성
I Diode Ohm 의법칙을따르지않는소자 V Diode 한쪽방향으로만전기신호가흐름 Fig1. V-I graph of Diode I V Ohm 의법칙 Fig2. Ohm s law
외부 Energy : 빛전기열등 E g 전자가비어있지만갈수있는에너지상태 Energy 방출 전자들이꽉찬 band
빛 ( 입사에너지 ) Electron transfer To the acceptor site Eg 에해당되는에너지방출 Fig.3 전자의천이 PN Junction 에서의 Light Emission
빛 λ = h*c / E g hole λ 파장 h 플랑크상수 c 광속 Eg 밴드갭에너지
Fig. 4 전자기스펙트럼
Fig.5 파장에따른가시광선스펙트럼
LED 발광파장은반도체물질의종류와조성비를조절하여제어되어짐. 현재상용화된 LED 는적외선에서자외선영역까지다양한파장을가짐. Fig.6 LED 발광재료
Ga 1-x Al xas GaAs 1-x P x InGAlP GaAs 1-x P x AlP GaP InGaN InGaN
장점 단점 1 긴수명 1 높은가격 2 낮은소비전력 2 발열처리필요 3 친환경 ( 무수은 ) 3 표준화미비 4 높은색재현성 4 점광원형태로써조명설계복잡
SIDE VIEW TYPE -휴대폰 휴대폰 중소형 LCD BLU -Keypad Backlight -Backlight Backlight 광원 FLASH VIEW TYPE -Mobile Mobile 폰, 폰 캠코더, 캠코더 디지털카메라 야간촬영 Flash Light POWER VIEW TYPE -휴대용 휴대용 손전등 -실 내외 경관 조명 -자동차 실 내 외등 -중대형 중대형 TFT-LCD BLU