LCD란? LCD의 동작원리와 장단점

1. 액정이란?

 

액정은 광학적 이방성^[각주:1]을 가지고 있어 전압이 가해지면 봉상 결정이 전계의 방향에 따라 분자 배열이 바뀌고 전압을 가하지 않으면 원래의 위치로 되돌아오는 성질을 가지는 물질을 말한다. 결정의 움직임에 따라 투과율이 변하는데 LCD는 이 성질을 이용하여 원하는 정보를 표시하는 장치이다.

 

자연 상태의 액정은 약 3,000여 종이 있지만 디스플레이로서 실용화 된 것은 네마틱, 스멕틱, 초레스틱이 있다.

 

이 세 액정의 성질은 다음과 같다.

▶ 연속체의 특성 (Twist) : 스프링처럼 어떤 한 점에 힘을 가하면 그 변형이 이웃 분자에도 영향을 미친다.

▶ 전기적 분극성 (Shutter) : 액정은 봉상형의 결정 모양을 가지므로 장축과 단축의 유전율에 따라 전압 인가시 일정한 방향을 가진다.

▶ 광학적 복굴절 특성 : 빛이 액정 통과 시 두 방향으로 나누어 굴절(복굴절) 되므로 액정 통과한 빛이 서로 간섭 작용을 하여 B/W 구현의 어려움이 있다.

 

2. LCD의 동작 원리

LCD는 앞서 설명한 액화 크리스털 네마틱(Nematic)의 원리를 이용하는데 네마틱 상태란 액정의 가늘고 긴 분자들이 불규칙적으로 위치하지만, 방향은 일정한 것을 의미한다. 액정은 고체만큼 규칙적으로 배열되어 있지는 않지만, 외부에서 온도나 전기를 가하면 가해진 부분만 배열이 바뀐다. 이러한 성질을 이용하여 뒷면에서 투과되는 광량을 제어함으로 어둡게 혹은 밝게 보이게 만들 수 있다.

 

즉 액정 자체가 발관하는 것이 아니라, 액정 뒷면의 광원이 발광할 때 액정이 빛을 투과하느냐 마느냐에 따라 문자가 숫자가 보이느냐 마느냐 하는 원리로 작동되는것이 LCD의 원리이다.

 

3. LCD의 장단점

 

LCD는 얇고 가벼우며 소비전력이 적고 크기를 자유자재로 만들 수 있기 때문에 널리 사용된다. 또 휴대성이 좋아서 손목시계, 컴퓨터, 노트북, 모바일기기, PDA, 디지털카메라 등에 널리 사용된다.

그러나 LCD CRT(Cathode-ray tube)와는 달리 자기 발광성이 없어 후면 광원(Backlight)이 필요하다는 점, 시야각이 좁다는 점, 주의 온도에 따라서 응답속도가 달라지는 단점이 있다.

그럼에도 불구하고 LCD는 CRT보다 월등히 뛰어난 고해상도라는 장점을 가지고 있기 때문에 현재 급성장하고 있으며 앞으로도 폭발적인 성장을 가져올것이라 예상된다. 이러한 LCD의 장단점을 정리해보면,

 

1) 장점

▶ 저소비전력 (수십uW/㎠) 동작 가능 : 저전력 소모로 오랜 시간 구동 가능

▶ 저전압 (수V~10V) 동작 가능 : 저전압이므로 IC 제어 회로의 소현 간략화가 가능

▶ 소자가 얇고(수mm) 대형 표시(수백 mm)에서 소형 표시(수 mm) 가능 : 휴대용 표시기에 적합

▶ 색상을 나타내기 쉽기 때문에 디스플레이의 다양화가 가능

▶ 투사확대 표시나 집적 표시가 가능하여 대화면 표시가 용이

 

2) 단점

▶ 비발광형이므로 반사형 표시인 경우 어두운 곳에서 표시의 선명함이 떨어진다.

▶ 선명한 표시가 요구되는 경우 후면 광원이 필요하다.

▶ 표시 콘트라스트가 보는 방향에 의존하는 경우가 많아서 시야각에 제한을 많이 받는다.

▶ 응답 시간이 주위 온도에 의존하기 때문에 저온동작(-30˚C ~ 40˚C)에 어려움이 있다.

 

1. 이방성 anisotropy 물체의 물리적 성질이 방향에 따라 다른 성질. 등방성(等方性)에 대비(對比)되는 용어로서 비(非)등방성이라고도 한다. 예를 들어 유리는 보통상태에서는 등방성 물질이어서 빛에 대해 복굴절(複屈折)을 나타내지 않으나 한 방향에 변형력을 가하면 이방성을 띠고 복굴절을 나타낸다. [본문으로]