테크 2018.01.04

[디스플레이 톺아보기] ⑳ 빛과 색 그리고 디스플레이

디스플레이는 우리의 눈에 시각적 정보를 전달해 주는 매개체입니다. 그렇기 때문에 디스플레이는 특정한 모양과 색의 구성을 통해 문자 또는 그림, 영상의 형태로 정보를 전달해 줍니다. 디스플레이에서 시각적 정보를 전달해주는 이같은 방법은 바로 빛을 이용한 것으로 빛은 디스플레이에는 없어서는 안 될 필수요소입니다. 오늘은 빛과 그 빛을 이용한 색에 대해서 알아보는 시간을 갖겠습니다.   빛이란? 우리가 살고 있는 우주가 빛으로 가득 차 있다면, 조금 더 정확히 표현하자면 전자기파로 가득 차 있다면 믿을 수 있을까요? 빛은 우리가 볼 수 있는 모습 그 이상으로 다양한 범위를 채우고 있습니다. 스펙트럼으로 햇빛을 나누면 우리는 빨주노초파남보의 색으로 나뉜 무지개 빛을 볼 수 있지만, 그 빛의 스펙트럼은 실재하는 빛의 일부분으로 우리 눈에 보이는 가시광선만 표현된 것입니다. 실제로는 아래 그림과 같이 빛은 파장에 따라 넓은 스펙트럼을 가지고 있습니다. 우리가 ‘색(color)’이라고 부르는 빛의 영역은 바로 가시광선 영역입니다. 디스플레이는 바로 가시광선 영역의 빛을 이용해 색을 표현합니다. 그렇다면 수십만가지의 색을 디스플레이는 어떻게 표현할 수 있을까요? 비밀은 바로 빛의 삼원색에 있습니다. 빛의 3원색을 구성하는 요소는 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)입니다. 이 3가지 색이 삼원색으로 불리는 이유는 절대 서로를 만들 수 없는 파장을 갖고 있기 때문입니다. 아래 그림처럼 3가지 색을 모두 합하면 한 가운데의 하얀색 빛을 만들 수 있고, 각…
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테크 2017.12.21

[디스플레이 톺아보기] ⑲ LCD 제조공정 – 모듈(Module)

오늘은 LCD 제조 공정의 마지막 단계인 모듈(Module) 공정에 대해 알아보겠습니다. LCD 패널을 만드는 과정은 그림과 같이 TFT(박막트랜지스터)와 컬러필터(color filter) 제작 그리고 TFT와 컬러필터를 하나로 합치는 ‘합착’ 과정으로 이어집니다. 그리고 합착된 패널을 TV 또는 모바일 기기의 스크린에 맞게끔 자르는 ‘절단(scribe)’ 공정을 진행하고 액정을 주입 후, 마지막 단계인 ‘모듈’ 공정까지 마치면 하나의 완성된 LCD 패널이 탄생하게 됩니다. 모듈 공정은 크게 3가지 과정으로 이루어집니다. TFT와 CF 그리고 액정주입까지 마친 패널 이후에 진행되는 모듈 공정은 먼저 패널을 깨끗하게 세척하는 것부터 시작합니다. 두 번째 단계는 패널의 위 아래에 편광판을 붙이는 과정이며, 세 번째는 드라이버IC, PCB를 붙이는 OLB 공정입니다. 그리고 마지막 단계는 패널 검사 공정으로 패널이 제대로 작동하는지를 확인합니다. 추가적인 단계로 LCD에 빛을 쏘아주는 BLU(백라이트유닛)를 모듈공정에 넣는 경우도 있는데 제품에 따라 이 과정을 디스플레이 제조사에서 하거나 완성 제품을 조립하는 세트사에서 직접 진행하기도 합니다. 그럼 첫 번째 단계부터 하나씩 살펴보겠습니다. ※ 제조사에 따라 백라이트유닛 등의 공정이 포함되기도 함   세정/편광판 부착 공정 모듈공정 역시 다른 공정들과 마찬가지로 세정 단계부터 시작합니다. CF와 TFT가 합착된 셀패널(cell)의 표면이 깨끗하게 세정돼야 편광판을 붙일 때 이물질로 인한 품질 저하를 막을 수 있습니다. 셀패널의 세정이 모두 끝나면 편광판(POL)을 부착합니다. LCD 구동의 핵심 원리가…
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테크 2017.12.07

[디스플레이 톺아보기] ⑱ LCD 제조공정 – 액정(LC)/셀(cell)

오늘은 지난 시간에 톺아본 LCD 컬러필터(color filter) 제조 과정 이후의 단계인 ‘액정(liquid crystal)’ 공정과 ‘셀(cell)’ 공정을 소개해 드리는 시간을 갖겠습니다. LCD 패널을 만드는 과정은 그림과 같이 TFT(박막트랜지스터)와 컬러필터(color filter) 제작 그리고 TFT와 컬러필터를 하나로 합치는 ‘합착’ 과정으로 이어집니다. 그리고 합착된 패널을 TV 또는 모바일 기기의 스크린에 맞게끔 자르는 ‘절단(scribe)’ 공정을 진행하고 액정을 주입 후, 마지막 단계인 ‘모듈’ 공정까지 마치면 하나의 완성된 LCD 패널이 탄생하게 됩니다.   액정(LC) 공정 우선 제작이 완료된 TFT와 컬러필터 기판을 각각 준비합니다. TFT와 컬러필터를 세정해 기판 위의 이물질을 제거합니다. 이어서 PI공정을 거치는데 PI(Polyimide)는 액정이 기판 표면에서 특정 방향으로 배열될 수 있도록 도포하는 물질로, LCD에서는 PI가 도포된 층을 배향막(背向膜)이라고 부릅니다. 배향막이란 ‘방향을 배열하는 막’이라는 뜻으로, 나중에 액정을 주입할 때 액정을 원하는 위치와 방향으로 정렬되도록 홈을 형성하는 층입니다. TFT와 컬러필터 기판 양쪽 모두에 배향막을 인쇄한 후 러빙(rubbing)포로 배향막에 액정이 들어갈 홈을 만들어주는 패터닝 작업을 합니다. 나중에 이 홈 사이로 액정들이 설계한 방향대로 자리잡게 됩니다. 이어서 TFT에는 접착제의 일종인 실런트(sealant)를 도포합니다. 실런트는 TFT와의 접착제 역할을 할 뿐만 아니라 추후에 액정이 각각의 셀 패널 안에 머물도록 하는 격벽의 기능도 함께 합니다. 컬러필터에는 액정을 주입합니다. 입자를 고르게 뿌려주는 장비인 디스펜서(dispencer)를 이용해…
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테크 2017.11.24

[디스플레이 톺아보기] ⑰ LCD 제조공정 – 컬러필터

오늘은 지난 시간에 소개한 액정에 따른 LCD 패널 분류에 이어, LCD 제조공정을 다루는 첫 번째 시간입니다. LCD 패널을 만드는 과정은 1) TFT(박막트랜지스터) 제작, 2) 컬러필터(color filter) 제작, 3) 합착/셀/액정주입, 4) 모듈 공정으로 크게 4 단계로 나눌 수 있습니다. TFT와 컬러필터는 각각의 공정에서 따로 진행을 합니다. 각각의 패널이 완성되면 두 패널을 위아래로 붙이는 작업을 하는데 이것을 합착이라고 부릅니다. LCD는 TFT가 액정을 조절하고 액정을 통과한 빛이 컬러필터를 통과하며 색을 내는 방식이기 때문에, 두 패널 사이에 액정이 있어야 합니다. 따라서 두 패널을 합착할 때 완전히 밀착시키면 중간에 액정을 넣을 수 없으므로 두 패널 사이에 스페이서라는 공간 확보용 아주 작은 기둥들을 세웁니다. 그 후에 액정을 주입한 다음 모듈화 단계로 이동해 PCB와 같은 구동에 필요한 장치들을 붙이면 LCD 패널 모듈이 완성됩니다. LCD 제조 과정에서 TFT는 이미 톺아보기 7편과 8편의 LTPS 제조공정에서 자세히 소개했으므로, 오늘은 해당 내용을 스킵하겠습니다. 이 시간에는 TFT가 액정의 움직임을 조절해 컬러필터로 가는 빛의 양을 조절하는 역할을 함으로써, 결과적으로 디스플레이의 밝기와 색을 조절하는 역할을 한다는 점만 기억하시면 되겠습니다. 오늘은 LCD 제조공정에서 색을 만들어내는 역할을 하는 컬러필터(color filter)에 대해 살펴보겠습니다.   컬러필터(color filter) 란? 컬러필터(color filter)는 빛을 통과시키면 해당 필터의 특성에 따라 색이 나타나도록…
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테크 2017.11.07

[디스플레이 톺아보기] ⑯ LCD의 원리와 구조 Part.2

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…
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테크 2017.10.27

[디스플레이 톺아보기] ⑮ LCD의 원리와 구조 Part.1

오늘은 다양한 영역에서 활용되고 있는 평판 디스플레이의 대표 제품. LCD의 기본 작동 원리에 대해 살펴보겠습니다. LCD(Liquid Crystal Display, 액정표시장치)는 ‘액정’을 핵심 소재로 한 평판 디스플레이입니다. 액정(液晶, Liquid Crystal)이란 액체와 고체의 성질을 함께 가지고 있는 물질로, 고체의 결정이 갖는 규칙성과 액체의 성질인 유동성을 모두 지닌 물질이라는 뜻에서 액체결정, 줄여서 액정이라고 부릅니다. 의외로 액정은 상당히 오래 전에 발견되었습니다. 액정은 1854년 처음 발견되었고, 1888년 오스트리아의 생물학자 Reinitzer에 의해 비로소 ‘액정’이라는 이름을 최초로 부여받게 됩니다. 이후, 1920년대에는 많은 연구자들이 약 300여종의 액정을 합성해 발표했고, 액정에 전기 자극을 주어 상태를 변형하는 연구로 이어집니다. 1960년대에는 액정이 광학적 효과를 나타낸다는 사실이 과학 잡지 네이처(Nature)에 발표되었고, 이때부터 액정의 실용화 연구는 본격 궤도에 올라 이후 다양한 방식의 LCD가 화질과 성능을 높여 제품화되기에 이릅니다. LCD는 정보를 표현하기 위해 외부의 빛(광원)을 필요로 하는 디스플레이입니다. 액정 자체가 빛을 뿜어내지는 않기 때문입니다. 따라서 패널 뒷면에서 백색의 빛을 비추는 백라이트(Back Light)의 도움을 받아야 하고, 다양한 색을 표현하기 위해 컬러필터(Color Filter)를 함께 사용해야 합니다. 그럼 액정을 어떻게 활용하길래 디스플레이의 핵심 소재로 활용할 수 있을까요? 기본 원리는 빛의 방향성에 숨어 있습니다. 빛, 조금 더 구체적으로 말해서 빛의 근원인 광원은 근본적으로 빛이 360도 사방으로 뻗어나가는 특성이 있습니다. 집 안에 켜 놓은 전등이 집…
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테크 2017.10.18

[디스플레이 톺아보기] ⑭ 플렉시블 OLED 원리와 미래

자체발광으로 최고의 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. OLED는 뛰어난 화질과 얇은 두께, 그리고 가벼운 무게로 모바일 디스플레이의 주류로 자리잡았습니다. 하지만 OLED의 더 큰 매력은 바로 화면을 유연하게 구부릴 수 있는 플렉시블 디스플레이 구현이 가능하다는 점입니다. LCD 등 기존의 디스플레이는 자유자재로 휘어지거나 접거나 둘둘 말거나 심지어는 섬유처럼 늘어나는 스트레처블 기능을 구현하기가 매우 어렵습니다. 오늘은 현재 사용되는 플렉시블 OLED 기술의 원리와 플렉시블 OLED 디스플레이의 종류를 소개해 드립니다. 먼저 플렉시블 OLED가 기존의 평평한 OLED와 어떻게 다른지부터 살펴보겠습니다. 전통적인 OLED(Organic Light-Emitting Diode)는 일명 리지드(Rigid; 딱딱한) OLED라고 부릅니다. 딱딱한 이유는 디스플레이의 하부 기판과 보호 역할을 하는 봉지 재료가 유리이기 때문입니다. 유리는 디스플레이 공정에서 오랜 기간동안 사용되었기 때문에 신뢰성이 높은 반면, 플렉시블과 같은 유연성은 거의 없습니다. 스마트폰과 같은 모바일 기기의 형태를 자유롭게 구현하려는 일명 폼 팩터(Form factor) 혁신은 리지드 OLED로는 어렵습니다. 그렇다면 플렉시블 OLED는 유리 대신 어떤 소재를 사용해서 유연성을 확보했을까요? 지금부터 그 비밀을 풀어보겠습니다. 리지드 OLED가 유리를 쓰는 공정은 크게 2가지입니다. 앞서 언급한 유리 기판과 유리 봉지죠. 플렉시블 OLED는 유기 기판 대신 하부기판에는 PI(폴리이미드)를 사용하고, 유리 봉지 대신 얇은 필름인 TFE(Thin Film Encapsulation : 박막봉지)를 활용합니다. 유연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 기존 유리를 사용한 부분보다…
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테크 2017.09.21

[디스플레이 톺아보기] ⑬ OLED 봉지(Encap.) Part.3

자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다. 지난 시간까지 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘봉지(Encapsulation)’의 개념과 세부 공정에 대해 톺아보았습니다. ‘봉지’ 공정이란 OLED 패널이 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계로 이 과정이 부실하면 그동안 만든 OLED 패널이 제 성능을 발휘하지 못합니다. 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에 이를 차단하기 위한 공정. OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴.   이번 시간에는 봉지 공법 중에 플렉시블(Flexible) OLED 패널을 만들기 위한 특별한 봉지 공정인 ‘박막봉지(TFE;Thin Film Encapsulation)’를 소개하겠습니다. 소개에 앞서 먼저 지난 시간까지 공부한 OLED 봉지 공정을 되짚어 보겠습니다. 봉지 공정은 크게 4가지 단계로 나누어집니다. ① Cell Seal Glass 제작 ② 원장 Glass Seal 도포 ③ Glass 합착 ④ Laser Sealing 위 과정에서 ① ~ ③번 단계를 보면 반복해서 사용되는 단어가 보입니다. 바로 ‘Glass’ 입니다. 일반적인 OLED(Rigid) 패널은 Glass를 기판으로 사용하며 봉지를 위한 재료도 마찬가지로 Glass를 사용합니다. 플렉시블 OLED와 달리 애초에 유연하게 구부릴 필요가 없으므로 패널의 위 아래가 모두 Glass 라고 해도 전혀…
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테크 2017.09.08

[디스플레이 톺아보기] ⑫ OLED 봉지(Encap.) Part.2

자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다. 이번 시간에는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘봉지(Encapsulation)’의 세부 공정에 대해 톺아보겠습니다. 지난 ‘봉지 Part.1’에서 다루었듯이, ‘봉지’ 공정이란 OLED 패널이 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계입니다. – 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에 이를 차단하기 위한 공정. OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴. 봉지 공정을 위해서는 크게 세 가지 재료가 필요합니다. 인캡 Glass(Encap Glass : 봉지용 유리판)와 접착제 그리고 레이저입니다. 이때 상당수의 작업은 진공챔버(금속으로 만든 진공 구조물)에서 이루어집니다. OLED 공정의 앞선 단계를 다시 떠올려 보겠습니다. 스위치 역할을 하는 LTPS가 만들어졌고, 그 위에 유기물 증착(evaporation)이 완료됐습니다. 하지만 이렇게 만들어진 유기물 증착부는 아직 공기와 수분으로부터 보호받지 못하는 환경입니다. 물론, 아직 원장 Glass(필요한 디스플레이 크기로 자르기 전의 대형 원판 패널 유리판)의 상태이고 스마트폰 등에 사용하기 위한 크기인 셀(Cell) 단위로 자르기 전입니다. 셀 단위는 쉽게 말하면 5인치 스마트폰을 제작하는 공정일 경우, 5인치 사이즈로 잘라낸 패널 하나를 의미합니다. 봉지 공정은 셀 단위에서도 필요하고, 커다란 원장 상태에서도 진행합니다. 봉지…
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테크 2017.08.22

[디스플레이 톺아보기] ⑪ OLED 봉지(Encap.) Part.1

자체발광으로 최고의 스마트폰 화질을 구현하는 디스플레이 OLED. 이 OLED 제조 기술의 핵심은 바로 자체 발광하는 유기물질을 얼마나 효율적으로 활용하는가에 달려 있습니다. 이번 시간에는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)의 핵심 제조공정 중 ‘증착(Evaporation)’의 다음 단계인 ‘봉지(Encapsulation)’에 대해 톺아보겠습니다. 지난 시간까지 LTPS와 증착에 대한 이야기를 이어왔는데요. ‘봉지’ 공정이란 앞서 진행된 이 과정을 거쳐 만들어진 OLED 패널이, 외부의 영향을 받지 않고 오랫동안 사용될 수 있도록 마감을 하는 단계입니다. 먼저 ‘봉지’라고 하면 어떤 이미지가 떠오르나요? 과자 봉지 또는 비닐 봉지가 생각날 것 같습니다. 첨단 디스플레이 제품과 봉지. 어쩌면 서로 어울리지 않을 듯한 이 개념을 제대로 잡기 위해 ‘봉지’의 용어부터 짚고 넘어가겠습니다. – 봉지(封止, Encapsulation) : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에, 이를 차단하기 위한 공정으로 ‘봉지’가 필요하며, 이를 통해 OLED 패널의 수명을 보존 또는 향상시킴.   위의 설명대로 유기물질을 통해 자체발광하는 OLED은 산소와 수분에 무척 취약합니다. 그래서 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉하는 공정이 필요합니다. 과자도 신선도 유지를 위해 밀봉을 하고, 봉지를 뜯은 후에 오래 두면 눅눅해지고 맛이 없어지듯이, OLED 패널도 밀봉을 통한 유기물의 보존이 무척 중요합니다. 만약 산소(O2)가 패널의 틈 사이로 침투하게 되면, EML 최상단의…
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