◈ LCD (Liquid Cristal Display) ◈

1-1. LCD 정의 및 특징
LCD에서 LC는 일정 온도 범위에서 유동성을 지닌 액정 상태이며 동시에 광학적으로 복굴절성을 나타내는 결정이다. 보통 물질은 용융 온도에서 고체로부터 투명한 액체로 변화하지만, 액정물질은 용융 온도에서 우선 불투명하고 혼탁한 액체로 일단 변화하고 그 후 더욱 온도를 올리면 보통의 투명한 액체로 변화한다. 액정이란 명칭은 고체상과 액체상의 중간상태인 액정상을 가리키는 경우와 이러한 액정상을 같는 물질 그 자체를 가리키는 경우의 두 가지 의미로 사용되고 있다.

LCD는 이러한 액정의 특성을 이용해 만드는 디스플레이로서 특징을 열거하면 다음과 같다.

(1) 저소비 전력(수∼수십μW/cm2)으로 장시간의 전지구동이 가능한 에너지 절약형이다.
(2) 저전압에서 동작(수∼10V)하므로 직접 IC 구동이 가능하고 구동 전자회로의 소형화, 간략화가
가능하다.
(3) 소자가 얇고(수mm), 또한 대형표시(수십 cm대각)에서 부터 소형표시(수 mm대각)까지 가능하다.
특히 휴대형(portable)기기에 적합하다.
(4) 수광형 표시이므로 밝은 장소에서도 표시가 선명하다.
(5) 표시의 컬러화가 쉽기 때문에 표시기능의 확대, 다양화가 이루어질 수 있다.
(6) 투사확대 표시나 집적표시가 가능하여 대화면 표시 (수 m대각)가 용이하다.

그러나 이러한 LCD의 경우 다음과 같은 단점도 가지고 있다.

(1) 비발광형이므로 반사형 표시인 경우 어두운 곳에서 표시의 선명함이 떨어진다.
(2) 선명한 표시가 요구되는 경우 또는 컬러 표시의 경우 후광(back light)을 필요로한다.
(3) 표시 콘트라스트가 보는 방향에 의존하는 경우가 많아서 시각에 제약을 받는다.
(4) 응답시간이 주위 온도에 의존하기 때문에 저온동작(-30∼-40℃)에 어려움이 있다.

 

1-2. LCD용도 및 분류

LCD는 크게 디스플레이 형태와 구동방식에 따라 분류될 수 있다. 디스플레이 형태에 따라서 투사형 LCD와 직시형 LCD로 나눌 수 있다. 주로 대면적의 화상 디스플레이를 구현하기 위해 사용되며, 광원을 2차원의 화상 정보를 이용하여 제어하여 공간상에 배치된 스크린에 투사하거나, 고휘도의 영상이나 데이터 화면을 광학 장치를 이용하여 스크린에 확대 투사함으로써 대화면의 화상을 얻는 디스플레이 장치이다. 주로 40″(인치) 이상 수백 인치의 화상을 얻을 수 있다. 이러한 투사형 LCD는 스크린(screen)과 투사광원의 위치에 따라 배면 투사형(rear projection)과 전면 투사형(front projection)으로 구분된다.
투사형 LCD는 라이트 밸브, 광학계, 회로계 및 기구계로 구성되어 있다. LCD에서 나오는 빛을 직접 보는 직시형 LCD는 투과형(transmissive)과 반사형(reflective)으로 나뉜다. 투과형은 백라이트를 이용하여 나온 빛의 세기를 LCD 패널에서 조절하고 반사형은 주로 자연광 및 주변의 빛이 LCD 패널에서 반사되어 화상이 형성된다.

구동방식에 따라 전기적 구동(electrically addressed) LCD와 광학적 구동(optically addressed) LCD로 나눌 수 있다. 광학적 구동 LCD는 spatial light modulator가 한가지 예이며 광신호에 의해 LCD를 제어하는 것이다. 전기적 구동방식은 화소전극의 구동시 능동소자의 유무에 따라 수동행렬(passive matrix) LCD와 능동행렬(active matrix) LCD로 구분될 수 있다. 수동행렬방식은 주로 초기의 LCD 제품(시계, 계산기 등)에 많이 이용되었고 LCD에 쓰이는 액정의 종류에 따라 Twisted Nematic(TN)-LCD, Super Twisted Nematic(STN)-LCD, Ferroelectric(F)-LCD와 Polymer Dispersed(PD)-LCD 등으로 분류된다. TN-LCD는 현재 LCD제품에서 가장 많이 쓰이고 있으나 느린 응답속도, 좁은 시야각과 사용온도 범위 등의 문제점을 안고 있다.

STN-LCD는 twist 각이 240°∼270°로 인가전압에 따른 투과도가 매우 급격히 변화되는 점을 이용하여 초기의 LCD-TV 및 노트북에 사용되었다. F-LCD는 강유전성 액정을 사용한 디스플레이로서 현재 사용되는 LCD중 가장 빠른 응답속도를 나타낸다. PD-LCD는, 현재 주로 사용되고 있는 TN 모드방식의 경우
편광판을 필요로 하며 편광판에 의해 입사광의 1/2 정도가 흡수되어 열로 바뀌기 때문에 광이용 효율이 낮아지는 문제점을 개선하기 위하여 제안된 방식이다. PDLC는 액정의 유동성과 고분자 물질의 구조 및 복굴절성 등을 활용하는 것으로 고분자 재료와 액정을 혼합하는 경우, 액정의 유동성으로 액정 방울들이 polymer와의 경계에서 분자력 및 경계 조건 등에 의하여 분자 배열을 하게 되는데, 거시적으로는 각 방울들은 임의의 분자 배열을 하게 된다. 이 상태에서 평행한 빛이 입사되면 액정의 복굴절성에 의하여 액정 방울을 지나가면서 전계인가에 따라 굴절 방향이 바뀌게 된다.

LCD의 용도로는 TV, e-paper, IMT-200 등 민생분야로부터 PDA, Note book, sub notebook, monitor, OA 등의 산업 분야에 이르기까지 넓은 범위로 확대되고 있다.

 

1-3. LCD 제조공정
LCD 제작 공정은 액정 cell 제작 공정 (TFT 기판과 color filter기판을 합착) 후에 구동 회로를 부착하여 신호 구동이 가능한 액정 cell 상태로 제작하는 공정을 말한다. 액정 cell 공정은 TFT 공정이나 color filter공정에 비해 상대적으로 반복 공정이 거의 없는 것이 특징이라 할 수 있다. 전체 공정은 액정 분자의 배향을 위한 배향막 형성 공정과 cell gap 형성 공정, 그리고 액정 주입 및 편광 flim 부착 공정으로 크게 나눌 수 있다. 각 공정은 공정의 특성상 서로 상이한 공정들로 연결되어 있다. 이것은 고분자 박막의 형성에서부터 rubbing 공정, 그리고 진공을 이용한 액정 주입 공정 등 광범위한 분야의 지식과 기술을 필요로 한다.

1-4. LCD의 구조 및 원리

칼라 TFT-LCD의 구조를 보면, 백라이트에서 나온 빛이 반사 및 분산 장치에 의해 액정패널쪽으로 입사된다. 액정 패널은 두 개의 유리판 사이에 비틀림네마틱(TN)액정이 약 5μm 두께로 채워져 있으며, 빛이 입사된 쪽의 유리판 위에 TFT 및 ITO 화소와 액정배향층이 있고, 다른 쪽의 유리판 위에는 컬러필터와 액정배향층(폴리이미드)이 코팅되어 있다. 그리고 두 장의 유리판 밖에는 편광판이 부착되어 있다.

컬러화상은 R(적색), G(녹색), B(청색) 세 종류의 컬러필터를 조합하여 얻어진다. R, G, B 세 개의 화소가 모여서 한 개의 컬러화소를 이루며, TFT는 R, G, B 화소에 각각 연결되어 있기 때문에 SVGA(800×600) 화면 구성의 경우 3×480,000개의 TFT가 필요하다. TFT는 각 화소의 스위치 역할을 하는 소자로서 TFT가 on 되면 픽셀의 양단간 전압이 차에 의하여 액저에 분자 배열이 변화되고, 이러한 분자 재배열에 의한 빛의 변조를 이용하여 디스플레이를 하게 된다.

  1-5. LCD 관련용어 Technical supports

 

1-6. Controller and Driver 1-7. Technical support   1-8. LCD Handling

 

  2-1.Touch panel의 구동방식

터치 화면은 손가락이나 신체 일부분을 컴퓨터 화면 가까이에 가져가거나 , 접촉에 의해 그 위치를 감지할 수 있는 장치를 말한다 . 멀티미디어 시스템의 입력장치로 여러 가지 기술이 활용되고 있으나 , 실제로 Kiosk 시스템의 입력장치로 터치화면이 가장 널리 채택되고 있다 .
터치 화면이 Kiosk 시스템의 입력장치로 널리 사용되게 된 배경은 GUI(Graphic User Interface) 방식을 이용한 입력 기능의 개발과 초보자도 쉽게 사용할 수 있는 편리성 때문이다 . 터치화면은 대개 투명하며 , 모니터 위에 터치 판넬이 부착되어 있는 형태이다 . 화면 디자인에는 사용자에게 입력항목을 쉽게 선택할 수 있도록 그림과 문자가 사용된다 . 터치 입력은 화면에 표시된 버튼을 누름으로써 사용자가 옵션을 선택하도록 한다 . 사용자가 스크린을 접촉하면 사용자에 의해 선택된 옵션을 결정하기 위해 접촉된 자리의 좌표가 사용된다 . 터치화면 구현 방식은 터치화면의 가장 중요한 구성요소인 센서 구현 기술에 따라 다음과 같은 5 가지 대표적인 방식이 있다.

 

2-2.Touch panel의 종류
한국과 일본에서는 터치패널이라는 용어를 사용하며, 미국에서는 터치 스크린이라는 용어를 사용하고 있다.(이하 터치패널) 터치패널은 다양한 방식 및 사용종류가 있는데 크게는 디지털 또는 MATRIX SWITCH방식과 아날로그 방식으로 나눌 수 있다.

 

[ 저항막방식 - Resistive Overlay Technology]

저항막 방식은 유리판 위에 저항성분을 입히고 그 위에 특수 필름을 덮어 씌운 형태로 되어 있다 . 특수 필름 안쪽에 저항성분을 입히고 , 저항성분과 유리면이 닿지 않도록 일정간격으로 절연봉을 세워둔 형상으로 저항막의 양단에 일정한 전류를 흘려준 후 , 손으로 접촉하게 되면 위쪽 저항성분이 유리면에 접속되어 터치된 부분을 감지하는 방식이다 .
특수필름과 유리면간의 간격은 1/1000 inch 이며 , 감지된 부분의 x, y 좌표값이 화면 제어기에 의해 입력된다 . 접촉식 정전용량 방식과 같이 저항식 터치화면도 습기나 먼지 등에 안전하며 , 장갑 낀 손으로도 사용이 가능하여 병원 , 레스토랑 , 공장 등에서 널리 사용된다 . 외부 충격이나 긁힘 등에 안전하나 , 코팅된 이중 유리를 사용하므로 광 투과율이 낮다 .

[5 선 저항막 방식 ]
이 기술은 저항막방식의 단연 선두의 기술이다 . 4 선 및 8 선 저항막 방식 터치스크린과는 달리 ,AccuTouch 5 선 기술은 X 와 Y 축 측정값에 해당하는 하단 유리 기질에 4 개의 전선을 사용 합니다 . 다섯 번째 선은 전압 측정 조사 수단 역할만 하는 유연한 커버 시트에 연결 됩니다 . 이는 사용 또는 손상을 입여 일정하게 수축되어 커버시트 전도 코팅의 균일성이 손상된 경우에도 터치스크린이 제대로 계속 작동됨을 의미 합니다 . 그 결과 정확하고 내구성이 강하고 신뢰성이 뛰어난 터치스크린이 되며 이 터치스크린은 편차 없는 작동을 보장합니다 .

[4 선기술 ]
4 선 저항방식 기술은 상단 및 하단 기술을 모두 사용하여 X 및 Y 축 좌표를 결정합니다 . 4 선 기술의 주된 결점은 하단 기질에서 전압조사 기능을 하는 한편 한 좌표축 ( 일반적으로 Y 축 ) 에서 외부의 유연한 커버시트를 단일 전압 사면으로 사용한다는 점입니다 . 외부 커버시트상에서 발생하는 일정한 굴곡현상은 사용할 때 전기적 특성 ( 저항 ) 을 변경하여 이 축의 선형성과 정확성을 떨어뜨립니다 . 상상해 볼 수 있둣이 4 선 터치스크린은 일반적으로 내구성이 뛰어나지 않으므로 이 터치스크린은 5 선 저항방식의 3 천 5 백만 터치와 비교하면 약 1 백만 손가락 터치에 불과합니다 . 더욱 중요한 것은 4 선 제품은 일반적으로 10 만번의 침 작동을 견뎌냅니다 . 일부 4 선 제품은 20 × 20mm 영역에 10 만번 작동을 지정합니다 . 실질적인 응용분야에서 4 선 방식은 손톱 , 신용카드 , 볼펜 등을 사용할 때 약 10 만번의 작동만 견뎌낼 수 있다는 의미입니다 . 대부분의 POS 및 산업용 응용 분야의 경우 단단하고 뾰족한 침을 사용하여 10 만번을 작동하면 불과 몇 달만 정상적으로 사용할 수 있다는 점을 고려해야 합니다 .
또한 환경변화 , 주로 온도 및 습도 변화에 따라 4 선 터치스크린도 변합니다 . 폴리에스테르 커버시트는 환경변화에 따라 확대되거나 축소 됩니다 . 따라서 터치지점의 코팅의 질이 장시간에 걸쳐 떨어지고 변하게 됩니다 . 5 선 저항 방식 터치스크린은 유연한 커버시트만 전압 측정 조사로 사용합니다 . 따라서 유리 기질과의 전기적 연속성은 장기적으로 변화가 없는 작동을 위해 유일하게 필요한 사항입니다 .

[8 선기술 ]
8 선 저항 방식 기술은 4 선 기술과 매우 유사합니다 . 4 선과 8 선의 주요 차이점은 4 개의 감응지점을 추가했다는 것입니다 . 이 4 개 감응 지점은 8 선 시스템을 안정화 시키고 환경변화에 따른 변화를 줄이는데 사용합니다 . 4 선 기술과 마찬가지로 8 선 기술의 갖는 큰 결점은 하단 기질에서 전압 조사 기능을 하는 한편 한 좌표축 ( 일반적으로 Y 축) 에서 외부의 유연한 커버를 단일전압 사면으로 사용한다는 점입니다 . 외부 커버시트상에서 발생하는 일정한 굴곡현상은 사용할 때 전기적 특성 ( 저항 ) 을 변경하여 이 축의 선형성과 정확성을 떨어뜨립니다 . 4 개의 초과 감응 지점이 변화에 대해 시스템을 안정도움이 된다고 해도 터치스크린의 내구성을 개선하지는 못합니다 . 8 선 제품은 1 백만번 터치를 실험 했습니다 . 4 선과 마찬가지로 8 선 제품은 10 만번의 침작동만 견뎌냅니다 . 일부 4 선 제품은 20mm 영역에 10 만번 작동을 지정합니다 . 실질적인 응용분야에서 4 선 방식은 손톱 , 신용카드 , 볼펜 등을 사용할 때 약 10 만번의 작동만 견뎌낼 수 있다는 의미입니다 . 대부분의 POS 및 산업용 응용 분야의 경우 단단하고 뾰족한 침을 사용하여 10 만번을 작동하면 불과 몇 달만 정상적으로 사용할 수 있다는 점을 고려해야 합니다 .

[5 선기술 ]
5 선 저항 방식은 가장 신뢰할 만한 기술이며 저항 방식 터치스크린 기술중 가장 수명이 긴 기술입니다 . 또한 5 선 저항 방식 기술은 본질적으로 안정된 설계로 인해 정확성이 뛰어 납니다 . 환경적 조건이 변할 때 재교정할 필요가 없습니다 . 5 선 터치스크린은 한 위치에서 3 천 5 백만번 이상 터치를 시험하였습니다 . 더 중요한 것은 심하게 사용하는 환경용으로는 가장 이상적인 방식입니다 .

 

[ 표면초음파전도방식 ]

유리판에 부착된 트랜듀서 (Tranducer) 가 표면파를 보내면 반대편의 리시버 (Receiver) 가 이를 받는 구조를 하고 있다 . 전달되는 표면파는 일정하기 때문에 특정 부분에 압력이 가해지면 압력이 가해진 부분의 표면파가 약화되며 화면 제어기에서 터치 부분의 x,y 좌표를 읽어 위치를 감지하게 된다 .
표면 초음파는 물체의 표면을 따라 진행하는 특성 때문에 사용자가 터치화면을 터치하면 , 표면 초음파의 일부가 사람의 손을 따라 흐르게 되며 , 결국 터치된 부분의 표면파가 약해지게 된다 . 화면 제어기는 표면파가 약해진 부분의 x, y 좌표를 읽어 터치된 부분을 인식하게 된다 . 그러면 화면 제어기는 z 축 방향의 좌표 값을 읽어 표면파의 흡수 정도를 인식하여 입력의 정확성을 확인할 수 있다 .
표면 초음파 터치화면은 사용자와 스크린 사이에 코팅된 막이 없으므로 광 투과율이 매우 높다 . 또한 외부 환경 ( 온도 , 습도 ) 변화에 대한 내구성이 뛰어나며 , 표면이 모두 유리로 되어 있기 때문에 외부 충격이나 긁힘 , 유해 화학물질 등에도 안전하다 . 그러나 표면에 이물질이나 물방울 등이 있을 경우 오동작을 일으킬 수 있다 .

 

[ 장력측정방식 ]

장력 측정 방식은 모니터의 네 모서리에 장력을 측정할 수 있는 센서를 부착하여 모니터 화면에 가해지는 힘의 정도에 따라 터치된 점의 좌표를 읽어 감지하는 방식이다 .
장력 측정 터치화면은 압력을 감지할 수 있도록 특별히 디자인된 플랫폼 위에 모니터가 놓여진다 . 플랫폼은 상위 평판으로 구성된다 . 이 평판은 모든 방향으로 움직일 수 있는 삼차원 스프링 위에 있다 . 모니터에 접촉이 있으면 접촉된 힘은 플랫폼에 약한 움직임을 일으키며 , 내부의 감지기가 힘의 강도를 측정한다 . 측정된 값으로 사용자 손가락의 위치를 계산하게 된다.
표면 초음파 터치화면과 같이 장력 측정 터치화면도 모니터 위에 오버레이를 씌우지 않기 때문에 원래의 이미지를 그대로 볼 수 있다 . 장력 측정 터치화면은 다른 터치화면보다 장착이 용이하다 . 사용자는 단지 모니터를 장력 측정 플랫폼 위에 올려 놓기만 하면 된다 . 장력 측정 터치화면 사용이 유동적이며 , 90 파운드 이상의 다양한 모니터에 사용할 수 있다 . 장력 측정 터치화면의 단점은 모니터와의 정확한 눈금 조정이다 . 터치화면의 눈금 조정은 매우 난해하고 시간이 많이 걸리는 작업이다 . 만약 모니터가 플랫폼 상에서 약간 흔들리게 되면 눈금 재조정이 필요하다 . 또한 장력 감지 기술에서 요구되는 복잡한 계산으로 인해 응답 시간이 상대적으로 느린 단점이 있다 .

 

[ 적외선광방식 - Infrared Beam Technology]

적외선 광 방식은 적외선이 직진성을 가지고 있어서 , 장애물이 있으면 차단되어 진행하지 못하는 속성을 활용한다 . 압력을 받은 부분은 가로와 세로방향에서 나오는 적외선을 차단하게 되며 , 차단된 부분의 x, y 좌표를 읽어 감지하는 방식이다 .
적외선 광 방식은 터치화면 앞면에 있는 적외선 주사 광선의 차단에 의해 터치된 위치를 확인하는 것이다 . 보이지 않는 적외선 격자를 만들기 위해 x, y 축 각각 한쪽면에서는 적외선이 방사되고 반대쪽 면에서는 방사된 적외선을 수신하여 , 적외선 격자를 형성한다. 손가락과 같은 뾰족한 것이 격자로 들어오면 빛이 차단되며 , 적외선 감지기가 빛이 전달되지 않는 곳의 x, y 좌표를 읽어 터치된 부분을 감지한다 . 적외선 터치화면은 오버레이를 사용하지 않으므로 광 투과율이 높고 , 모니터가 외부 충격이나 긁힘에 대한 내구성이 강하다 . 그러나 적외선 터치화면은 정확하지 않은 터치를 식별하기 어려운 단점이 있다 . 이것은 적외선 광선이 모니터 표면에서 약간 높은 위치에 위로 방사되기 때문이다 . 어떤 경우 모니터에서 1 인치 정도 높게 방사된다 . 따라서 사용자의 손가락이 모니터에 직접적인 접촉이 없더라도 모니터 표면 위의 빛을 차단하게 되며 , 결과적으로 사용자가 원하지 않은 부분이 적외선 감지기에 인식되는 경우가 발생한다 . 또한 이물질이나 먼지 등이 모니터 위에 있을 경우 , 적외선 감지기에서 터치된 것으로 잘못 인식하는 문제가 발생할 수 있다 .

 
◈ DC-AC inverter ◈
  3-1. Inverter란?

전류를 공급하는 전원 Power 로써 DC 전원을 AC 로 전환하여 주며 주파수 전압을
출력하여 발광 소자가 빛을 고르게 발산할 수 있도록 해주는 장치를 말한다 .

 

3-2. LCD Back light 광원