LCD 의 역사 및 분류

복원력의 크기는 변형의 정도에 비례하며, 이와 같은 비례상수를 탄성계수라고 한다. 액정방향의 변형은 단축방향으로 벌어짐, 장축 방향으로의 꼬임 및 장축 방향으로의 휨 등 3가지로 구분한다. 액정 내에서 액정방향의 배열이 불연속적으로 변하는 부분이 있는데, 액정방향이 일정하고 또한 연속적인 부분을 영역이라고 한다. LCD에 사용하는 이상적인 액정은 전체가 하나인 영역으로 이루어져야 한다. 두 영역의 경계를 영역 격벽이라 하며, 이러한 영역 격벽에서는 액정 배향이 비연속적으로 변하는 전경선이 생긴다. 이와 같은 전경선에서는 액정배열을 조절할 수 없기 때문에 BM을 배치하게 되는데 전경선은 LCD의 배선과 배선 사이의 간격을 결정하게 되고, BM의 폭을 설계하는 중요한 변수이기도 하다. 외부에서는 자극이 없을 경우에 액정의 배열은 주로 배향막의 경계조건과 콜레스테릭 액정의 함유량 등에 의해 좌우된다. 액정분자의 기본 배열들을 나타내고 있으며, 이들을 간략하게 기술하기로 한다. 1. 수평형 분자배열은 모든 액정분자의 장축이 배향막의 평면과 평행하게 배열한다. 2. 수직형 분자배열은 모든 액정분자의 장축이 배향막의 평면과 수직으로 배열한다. 3. 경사 분자배열을 모든 액정분자의 장축이 상하 배향막 평면과 일정한 각도로 기울어져 배열한다. 4. 트위스트 분자배열은 모든 액정분자의 장축이 상하 배향막 평면과 평행하지만 이웃하는 액정분자의 방향은 조금씩 각도가 변하여 틀어져 배열의 방향이 상하 배향막에 대해서는 완전히 90도 비틀어져 배열한다. 혼합 분자배열은 액정분자의 장축이 한쪽 배향막의 평면과 수직이지만 약간씩 변하여 다른 쪽 배향막의 평면과는 평행하게 배열한다. Grandijean 분자배열은 액정분자의 배열이 나선형을 이루며 나선형의 축이 상하 배향막에 수직으로 배열한다. Focal cone 분자배열은 액정분자의 배열이 나선형을 이루며 나선형의 축은 상하 배향막에 대해 무질서한 배열을 하게 된다. 액정을 이용하여 디스플레이로 구성한 LCD의 장점으로는 소형에 박형으로의 제작이 가능하고 소비전력도 매우 적은 평판 디스플레이라는 점이며, LCD의 장점과 단점을 설명하겠다. LCD의 장점은  낮은 소비전력으로 장시간 구동이 가능한 에너지 절약형, 10V 내의 저전압으로 동작하기 때문에 직접 IC 구동이 가능하여 구동회로의 소형화 및 단순화가 가능, 수 mm로 소자가 얇고 대형 및 소형 표시가 용이, 비발광형 표시소자로 밝은 장소에서도 선명, 칼라화가 용이하여 표시가능의 확대 및 다양화 용이, 투사확대나 직접 표시가 가능하여 대화면 표시가 용이하다. 단점으로는 비발광형으로 반사형 표시인 경우, 어두운 곳에서 표시 선명도가 저하, 선명한 표시나 칼라 표시의 경우, 후광이 요구, 표시 콘트래스트가 보는 방향에 따라 의존하여 시각에 제한, 응답시간이 주위온도에 의존함으로 저온 동작이 어려움이 있다. 액정에 대한 연구는 1854년 Virchow가 농도 전이형 액정을 처음 발견하였고, 1888년 Reinitzer와 Lehnmann이 온도 전이형 액정을 발견하면서 시작되었다. Lehmann은 액정이 액체의 유동성과 결정이 갖는 광학적 이방성을 모두 가졌다는 의미에서 liquid crystal이라 명명할 것을 제안하였다. 이후, 1920년대에는 많은 연구자들이 약 300여 종의 액정을 합성화여 발표하였고, 1930년대에는 전계를 인가함으로써 네마틱형태의 변형과 임계 값을 발견하여 LCD 개발이 가능하도록 하는 가장 중요한 요소인 프리데릭츠 전이를 알아냈다. 또한, 1960년대에는 실온에서 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정의 합성에 대한 연구가 이어졌으며, 액저잉 표시기로써 이용될 수 있게 된 계기는 1963년 미국 RCA사의 R.Williams에 의해 액정이 전기광학 효과를 나타낸다는 사실을 과학 잡지인 네이처에 발표되면서부터이다. 그리고 1968년 Sharp사의 G.H.Helimeier에 의해 LCD의 실용화 가능성을 처음으로 제시하였다. 1970년대를 들어서면서 실질적으로 전자계산기와 시계 등에 응용되기 시작하였는데 이는 정보표시량의 증대와 표시면적의 증가뿐만 아니라 보기 쉽고 휴대하기 간편한 실용적인 개선을 요구하게 되었다. 1980년대에는 STN-LCD와 TFT-LCD가 실용화되는 단계에 이르렀고, 1990년대에는 노트북 PC를 비롯하여 모니터와 TV 등에 TFT-LCD가 적용되어 상용화되었다. LCD의 종류로는 형태에 따른 분류와 구동방식에 따른 분류로 나눌 수 있다. 형태에 따른 분류는 투사형 LCD와 직시형 LCD가 있는데 투사형 LCD는 전면 투사형 LCD, 배면 투사형 LCD이고, 직시형 LCD는 투과형 LCD, 투과반사형 LCD이다. 구동방식에 따른 분류로는 전기구동은 수동행렬 LCD와 능동행렬 LCD로 나눌 수 있는데 수동행렬 LCD는 비틀림 네마틱 LCD, 초비틀림 네마틱 LCD, 고분자 분산형 LCD, 강유전성 LCD가 있고, 능동행렬 LCD는 2단자 LCD에서 MIM LCD, Diode LCD, 3단자 LCD에서는 a-Si:H TFT-LCD, ply-Si TFT-LCD, CdSe TFT-LCD로 이루어져있다. 다시 요약하자면, LCD의 형태에 따른 분류는 투사형과 직시형 LCD로 나누는데 투사형 LCD는 스크린에 대한 광원의 위치에 따라 전면 투사형과 배면 투사형으로 구분된다는 것이다. 투사형 LCD는 주로 대화면을 구현하기 위해 사용되는 디스플레이 장치이다. 직시형 LCD는 주로 투과형, 반사형 및 투과 반사형으로 나누는데 투과형 LCD는 주로 후광에서 나오는 빛을 LCD가 조절하는 구조이지만, 반사형 LCD는 자연광이나 주변의 광원에서 나온 빛이 LCD에 반샇여 화상을 구현하는 구조이다.