[디스플레이 이론 정리 III] LCD란 무엇인가, LCD 제조 공정

모든 내용의 출처 : 디스플레이 톺아보기 by SDC

LCD

액정을 어떻게 활용하길래 디스플레의 핵심 소재로 활용할 수 있을까? 기본 원리는 빛의 방향성에 숨어 있다. 광원에 일정한 방향성을 주고 그 빛이 액정을 통과하도록 하고, 전류를 이용해 액정을 움직이게 하면 원하는 빛의 방향을 조절할 수 있게 하는 것이 기본 원리이다.

LCD 액정 구조는 다양한 방식이 개발 되어 있다.

• 가장 기본적인 모델, TN(Twisted Nematic) - 수평 배열
  • 구조가 단순하고 생산 비용이 낮아 가격이 저렴하지만, 시야각이 좁아 화면을 정면이 아닌 각도에서 볼 때 색이 변하거나, 빠른 화면 전환시 잔상이 생기는 문제가 있다.
• VA 방식 - 수직 배열
  • 블랙 색상에 대한 표현력이 상당히 우수해 높은 명암비를 구현할 수 있으며, 색 표현력이 뛰어나 그래픽 작업 등에서 좋은 특성을 발휘한다, 액정의 수직배열 특성 덕에 curved LCD 구현이 가능한 점이 큰 장점으로 꼽힌다.
• 전압을 가하지 않은 기본 상태에서 빛을 통과 시킴 (Normally White)

먼저 특정한 각도의 빛만 통과시키는 편광판을 앞 뒤로 2장 놓는다. 그 후 제일 아래에 광원인 BackLight를 킨다. LCD는 빛이 직각 상태로 만나게 하여 기본적으로는 빠져나갈 수 없도록 한 뒤, 그 사이에 액정을 배치하여, 액정의 움직임에 따라 빛의 각도를 틀어줘 빠져나가는 빛의 양을 조절하는 원리를 이용한다.

 

액정에 전압을 가하면 액정을 움직일 수 있기 때문에, TFT로 전압을 가해 액정을 그대로 두거나 모양이 비틀어 지게 할 수 있다. 액정은 빛을 통과시키는 광학적 특성이 있으므로, 비틀어진 모양이 되면 액정으로 들어온 빛도 비틀어진 모양을 따라 이동하게 된다. (즉 빛의 방향이 바뀌게 된다.)

 

이렇게 빛이 빠져나가는 양에 따라 우리가 눈으로 보는 디스플레이의 밝기가 달라진다. 액정이 움직이지 않아서 빛이 아예 빠져나가지 못해 막힌 상태가 되면 화면은 어둡게 꺼져 있는 것으로 보이게 된다. 액정 자체는 빛을 유도하는 역할만 하므로 컬러피터라는 층을 한 번 더 거쳐야 한다.

LCD 제조공정

크게 4단계이다.

1. TFT 제작
2. 컬러필터 제작
3. 합착/셀/액정주입
4. 모듈 공정

합착할때는 두 패널 사이에 액정이 들어가는 공간을 만들기 위해, 아주 작은 기둥들을 세운다.

컬러필터

글래스

BM(Black Matrix) : 빛샘을 방지하는 역할과 TFT의 누설전류 증가를 방지하는 역할도 한다.

오버코트 층(over coat) : 높이가 제각각인 컬러필터층을 평평하게 만들어준다

공통전극(ITO, Indium-Tin Oxide) : TFT와 더불어 액정을 구동할 수 있는 장치

컬러필터 공정 역시 TFT를 만드는 방법과 유사한 원리로 PR(Photo Resist) 방식을 사용하므로 노광/현상/식각 공정이 존재한다.

1. 글래스 세정, BM 생성
2. Blue 소재 도포 → 마스킹 노광 → 현상 → 식각
3. Green소재, Red 소재에 대하여 반복

액정/셀 공정

제작이 완료된 TFT와 컬러필터 기판을 준비하고 TFT와 컬러필터를 세정해 기판 위의 이물질을 제거한다. 이어 PI 공정을 거치는데 PI(Polymide)는 액정이 기판 표면에서 특정 방향으로 배열될 수 있도록 도와주는 물질로, LCD에서는 PI가 도포된 층을 배향막이라고 부른다.

이후 러빙포로 액정이 들어갈 홈을 만들어주는 패터닝 작업을 하고 TFT에는 접착제의 일종인 실런트를 도포한다. 실런트는 TFT와의 접착제 역할을 할 뿐만 아니라 추후에 액정이 각각의 셀 패널 안에 머물도록 하는 격벽의 기능도 함께한다.

컬러필터에는 디스펜서를 액정을 주입한다.

• 디스펜서 : 입자를 고르게 뿌려주는 장비

ODF(one drop filling) : 액정 입자를 떨어뜨린 후 다른 한쪽의 글라스를 덮어 액정이 퍼지도록 함으로써 액정을 주입/배치하는 공정 방식

이후 실런트를 UV로 경화시켜 합착이 단단하게 이루어지도록 한다.

절단 도구로는 주로 원형휠이 달린 절단 장비를 사용한다.

노멀휠 : 원형 테두리 부분이 날카로운 칼날로 만들어짐

패넛휠 : 원형 테두리 부분이 톱니모양으로 새겨짐

셀 절단까지 되면, 화면이 구동되는지 검사를 마친 후, 모듈 공정 단계로 넘어간다.

모듈 공정

크게 3가지 과정이 존재한다.

1. 세척
2. 패널 위아래 편광판을 부친다.
3. OLB(Outer Lead Bonding) 공정 - 드라이버 IC, PCB를 부착
4. 패널 검사 공정 (육안 검사 또는 계측기 검사)

BLU를 모듈 공정에 넣는 경우도 있고, 완성 제품을 조립하는 세트사에서 진행하는 경우도 있다.