오늘은 지난 시간에 소개한 LCD의 기본 원리와 구조에 이어, 액정의 작동 방식에 따라 구분한 LCD 패널의 종류를 알아보겠습니다.

LCD 패널은 모두 액정(Liquid Crystal)을 사용한다는 점에서 동일하지만, 액정을 활용하는 방법에 따라 여러가지로 구분합니다. 전통적인 방식인 TN(Twisted Nematic) 방식이 기본 작동 원리로 많이 알려져 있고, 현재는 수직전계방식인 VA(Vertical Alignment)와 수평전계방식인 PLS(Plane to Line Switching) 등이 프리미엄 제품용으로 널리 사용되고 있습니다.

오늘은 이 3가지 방식에 대해서 그 구조와 작동원리를 살펴보겠습니다.

TN (Twisted Nematic) 방식

TN은 1971년 스위스에서 최초로 개발된 가장 전통적인 LCD 패널 방식으로 톺아보기 LCD의 원리와 구조 Part.1에서 작동 원리를 다루었습니다. 기본적으로 액정이 기판과 나란한 방향으로 (0도) 수평으로 놓여 있으며, 두 장의 상하 기판 사이에서 뒤틀린 배열을 갖추고 있어 이 패널 내부를 항상 빛이 통과하는 Normally White 방식이며, 전압을 가하면 액정이 기판 표면으로부터 90도로 일렬 배치 되면서 백라이트로부터 나온 빛이 편광판을 빠져 나가지 못하게 되어 Black 화면이 구현되는 구조입니다.

TN방식은 구조가 단순하고 생산 비용이 낮아 가격이 저렴하지만, 시야각이 좁기 때문에 화면의 정면이 아닌 각도에서 볼 때 색이 변하거나, 빠른 화면 전환시에 잔상이 생기는 문제점이 있어 이 후에 STN(Super Twisted Nematic) 등으로 개선된 방식이 등장했습니다. 하지만 TN의 근본적인 구조상 시야각과 색반전 현상을 완벽하게 해결하기는 어려워 다른 방식의 LCD 패널들이 등장하게 됩니다.

VA (Vertical Alignment) 방식

VA는 TN과 달리 액정의 구조를 수평이 아닌 수직으로 배열한 방식으로, 전압을 가하면 액정이 수평 방향으로 바뀌는 방식입니다. 전압을 가하면 전계 즉, 전기장이 위아래로 형성되므로 '수직전계방식'이라고 분류하며, 이 전계의 방향을 따라 액정이 수직에서 수평으로 배열됩니다. 수직 상태에서는 빛이 편광판을 통과하지 못하는 구조이며, 수평이 되었을 때 빛이 편광판을 통과하는 구조로 설계되므로, 전압을 가했을 때 밝은 화면을 볼 수 있습니다.

VA방식은 블랙 색상에 대한 표현력이 상당히 우수해 높은 명암비를 구현할 수 있으며, 색 표현력이 뛰어나 그래픽 작업 등에서 좋은 특성을 발휘합니다. 동시에 넓은 시야각을 갖춰 TV·모니터·노트북용 LCD로 다양하게 활용되고 있습니다. 특히 액정의 수직배열의 특성 덕에 커브드 LCD 구현이 가능한 점이 큰 장점으로 꼽힙니다.

PLS (Plane to Line Switching) 방식

PLS는 VA와 액정 방향에서 대비가 되는 방식으로 전계가 수평 방향으로 형성되는 '수평전계방식'입니다. 액정이 평소에는 수평으로 놓여있다가, 전압을 가하면 수평 전계의 흐름에 맞춰 일정 부분만 각도가 바뀌면서 백라이트의 빛이 편광판 위로 올라갈 수 있도록 하는 방식으로, 유사한 원리를 활용한 LCD 패널 기술로 IPS(In Plane Switching), FFS(Fringe Field Switching)가 있습니다.

PLS는 TN이나 VA와 달리 전극이 모두 한쪽에 몰려 있다는 차이가 있습니다. 수평전계 형성을 위한 전극 설계로, 전압을 가하면 아래쪽에서 출발한 전계의 흐름이 위쪽을 지나 다시 아래쪽으로 내려오게 되고, 액정은 전계에 반응해 방향을 바꾸는 원리입니다.

PLS는 TN에 비해 시야각이 넓기 때문에 측면에서 보더라도 시인성이 상당히 좋을 뿐만 아니라, 액정이 수평으로 놓여 있어 터치를 해도 화면번짐이 없다는 장점이 있습니다.

오늘은 액정의 특성을 다양하게 활용한 LCD 패널의 종류에 대해서 살펴보았습니다. 다음 시간에는 액정을 통과한 빛에 다양한 색을 입히는 역할을 하는 컬러필터(Color Filter)에 대해 소개해 드리겠습니다.