백라이트로부터 나온 빛에 대하여, liqud crystal을 사용하여 빛의 투과도를 제어하고, 편광판을 통해 빛의 뱡향을 제어하여 이미지를 생성하는 디스플레이이다.
# Temperature
liquid crystal 배열 구조가 흐트러지기 시작하는 melting point부터 liquid crystal 분자가 방향성을 아예 갖지 않게 되는 claring point 사이에서 디스플레이가 동작할 수 있는 operating temperature range를 갖는다.
#Polarization (편광)
편광판(polarizer)을 두어 특정 방향으로만 진동하는 과을 선택적으로 통과시켜 편광을 만든다.
#Normally Black mode / Normally White mode ( 내부가 Twisted 액정 )
NB : 편광판이 서로 평행 //액정에 전압 없을 때 black
NW : 편광판이 서로 수직 //액정에 전압 없을 때 white ( default가 white라서 CR값이 저하된다. )
CR = Lw/Lbc //Contrast Ratio
//TN LC구조에 전압을 가해서 액정 분자에 변화를 줌으로써 통과하는 빛의 밝기 정도를 제어한다.
#Active matrix
pixel 별로 TFT switch로 제어하는 구동 방식
#LCD Module
DC/DC converter : 전원 공급
Control ASIC : 디스플레이의 전체적인 동작을 제어 / 디스플레이의 이미지 처리, 신호 처리, 픽셀 업데이트 등등등,,,,
Inverter : 백라이트를 켜고 끄거나 밝기를 제어
Driver IC : 픽셀 주소 지정하여 디스플레이에 이미지를 표시 ( 색상과 밝기 제어 )
LCD panel
Backlight : LCD의 backlight는 보통 white led를 쓴다 backlight의 스펙트럼이 좁을수록 color filter에서 더 독립적으로 살려낼 수 있어, r,g,b의 조합으로 더 넓은 color영역을 표현할 수 있다.
#LCD의 PCB
컨트롤러, 드라이버 IC, 백라이트 제어 회로 등이 포함된다
디스플레이의 패널과 컨트롤러 사이의 통신을 위한 인터페이스 역할을 한다.
#Contoller 디스플레이 장치에서 중앙 처리 장치로서 작동하며, 입력 신호를 처리하고, 디스플레이에 표시될 픽셀을 제어한다. refresh rate, resolution (해상도) 등을 제어하는 역할을 한다.
#Driving circui Unit //강의노트 14page
1.LDI ( LCD Driver IC ) chips //픽셀 활성화 디스플레이의 각 픽셀을 제어하기 위해 사용되는 반도체 칩이다. 픽셀 활성화를 위한 반도체 칩!!!!!!!!!! - Gate Driver IC : 행 선택 //scan electrode - Source Driver IC : 데이터 전달 //data electorde
2.Control ASIC (1) 신호 처리 외부로부터 받은 비디오 신호를 lcd 패널이 이해할 수 있는 형태로 변환한다. ( 색공간 변환 / 해상도 조정 / 신호의 보간 ex) interpolation / 신호의 확장 ex) 증폭 ) -> 이러한 처리를 왜 해야하는지 아니까! 이 점 어필해보기!!!!!!!!!!!!!! (2) 타이밍 제어 각 픽셀이 적시에 활성화 되게 하기 위해 정확한 타이밍 신호를 생성한다. (3)전력 관리 전력 소비를 최적화하고, 각 부품이 적절한 전력을 받도록 관리한다. (4) 인터페이스 관리 다양한 입력 소스 ( hdmi,vga,displayport)와의 인터페이스를 관리한다. 사용자가 다양한 장치를 디스플레이에 연결할 수 있도록 지원한다.
3. TCP (Thin Film Transistor Circuit) //TFT 회로 : 전폭 전계 트랜지스터 회로 TFT는 LCD 패널에 주로 사용되는 전자 소자로서, 픽셀의 컬러와 밝기를 제어하는데 필요한 전압을 제어한다.
##TFT와 MOSFET의 차이는? TFT는 비디오 디스플레이를 위한 전압 조절 소자로서 쓰이나, 전력 전자 애플리케이션으로는 사용되지 않는다. TFT가 제공하는 전류 용량이 전력 전자에서 요구하는 것보다 낮기 때문이다. 따라서 신호처리 및 디스플레이 제어에 더욱 적합하다.
MOSFET이나 IGBT는 고전압 고전류를 다루는 전력 조절 어플리케이션으로서 인버터,컨버터, 전력 공급장치 등에 쓰인다. // 높은 전기를 요구하는
즉!! TFT는 픽셀제어를 위해! MOSFET은 전체 디스플레이 시스템의 전원 관리에 쓰인다. PCB 전원관리는 MOSFET이 ! 디스플레이의 각 픽셀 ON/OFF는 TFT가!
4. interface connector 외부에서 오는 비디오에 대한 데이터를 source driver ic로 전달하는 역할을 한다.
5. PCB ////Gate PCB ( gate driver ic ) gate driver ic 에서 신호를 전달하면 이를 transistor에 물리적으로 연결하는 역할을 한다. gate driver ic에서 받은 신호를 정확하고 빠르게 transistor에 전달하기 위해서 전자적 간섭인 emi를 최소화해야한다.
////Source PCB ( source driver ic, contorl asic, interface connector 등이 올라가 있음 ) source driver ic에서 나온 신호를 transistor에 물리적으로 연결하는 역할을 한다.
Multi-layer PCBs 다층으로 pcb를 이루어 ldi칩, 컨트롤러,백라이트 제어 회로 등의 다양한 회로를 가질 수 있다. 다층으로 pcb를 설계하면 회로의 복잡성을 줄이고, 신호 간의 간섭을 줄일 수 있다.
#Backlight 제어
backlight는 주로 LED가 사용되며, inverter로 밝기를 조정하거나 백라이트를 켜거나 끈다.
backlight는 pannel 뒤에 위치한다.
DC power를 공급받아 inverter를 거쳐 backlight lamp에 전해진다.
#Inverter / Converter
inverter : DC -> AC converter : AC -> DC
#unit pixel
- 이전 pixel의 gate line과 현재 pixel의 pixel elctrode 사이에 storage capacitor(Cs)가 생긴다.
- pixel electrode와 common electrode는 backlight 빛을 통과시켜야 하므로
투명해야해서 금속 물질이 아닌 투명한 전극인 ITO를 사용한다.
#TFT 연결
TFT의 gate단자는 행 활성화를 위해 gate line과 연결되고,
source단자는 데이터를 받기 위해 source line에 연결되고,
drain 단자는 받은 데이터를 pixel electrode에 전달한다.
따라서 TFT에서 전류는 source에서 drain쪽으로 흘러 source로부터 받은 data값을 pixel electorde에 전달한다.
#TFT 동작 원리
gate에 전압이 가해지면 source와 drain사이에 채널이 생겨 전류가 흐를 경로가 만들어집니다.
채널이 형성되면, 소스 전극에 제공된 전압에 의해 전류가 소스에서 드레인으로 흐릅니다
이 전류는 드레인에 연결된 pixel electrode(전극)에 전압을 인가하게되어, pixel electrode와 common electorde 사이에 존재하는 liquid crystal의 구조를 변형시켜 해당 픽셀의 빛의 투과율을 조절하여 최종적으로 이미지의 한 픽셀로서 디스플레이에 표현되게 됩니다.
#액정에서의 빛의 투과도
빛의 투과도는 액정에 가해지는 전압에 의해서 결정되며, inversion 대칭 구동을 하므로 액정에 가해지는 전압의 절댓값을 기준으로 투과도가 결정된다. )
#inversion method
: LCD에서는 AC구동을 하여 방향을 바꿔가며 액정에 전압을 가해, 이온 불순물이 치우쳐지는 현상을 방지한다.
#TN LC twisted nematic 구조에서 일반적으로 normally white mode를 활용하므로 전압이 가해지지 않았을 때, white를 유지하고, 전압이 가해지면 twisted 구조가 변형되면서 빛이 조금씩 막히게 된다.
NW쓰는 이유 : NB는 default가 검정이라 화면이 전체적으로 너무 어두워!
#unit pixel의 capacitance
capacitor구조는 도체와 도체 사이에 부도체가 존재할 때 형성됩니다.
따라서 unit pixel에서는 두 개의 capacitor구조를 확인할 수 있습니다.
첫째는 pixel electord와 gate electrode 구조로서 생성되는 storage capacitor가 있습니다.
pixel electrode를 이전 sub pixel의 gate line과 overlap되게 하여 capacitance가 생기도록 하여 storage capacitor 구조를 형성할 수 있습니다.
gate 전압이 사라져 transistor가 off의 상태가 된 이후에도, pixel electorde에 가해졌던 전압을 유지하며, 픽셀의 액정 상태가 안정적으로 유지되도록 합니다. 이를 통해 transistor가 off가 되더라도 해당 픽셀이 꺼지지 않도록 함으로써 이미지가 깜빡이는 현상을 방지하고, 전체적인 이미지 품질을 향상시킬 수 있습니다.
또한, 전압을 유지함으로써, 해당 픽셀을 표현하는데에 동일한 전압을 계속해서 가해주지 않아도 되기때문에 전력 소비를 줄이는 데에도 큰 도움이 됩니다.
둘째는 pixel electorde와 common electrode 구조로서 생성되는 LC capacitance가 있습니다.
액정은 전기장에 반응하여 배열이 변하는 유기 화합물이나, 그 자체로는 전기를 잘 전도하지 않는 부도체이기에 capacitance를 형성하게 됩니다.
LC capacitance는 픽셀이 받는 전압이 제거된 이후에도 액정의 상태가 일정 시간 동안 유지되도록 하여 전체 디스플레이의 품질과 안정성을 보장할 수 있도록 해줍니다.
#gamma value
:디스플레이가 표현하는 밝기 변화의 선형도
감마가 1이면 빛이 선형적으로 증가하여, 어두운 곳에서는 빛을 민감하게 인지하고 밝은 곳에서는 빛을 민감히 받아들이지 못하는 사람의 눈에서는 빛이 선형적으로 증가하는 것으로 보이기 어렵습니다.
따라서 감마값을 키워 어두운 곳에서는 투과율이 서서히 높아지도록 하고, 밝은 곳에서는 더 확연하게 투과율이 높아지도록 해야 사람의 눈으로 밝기의 변화를 잘 인지할 수 있게 된다.
#color filter
결국 backlight에서 온 빛에 대하여 각 color filter를 통과한 부분만 쓰게 되므로 빛의 2/3을 버리는 꼴이 된다.
따라서 backlight를 활용하는 효율이 좋지 않다.
#color 표현수
nbit로 color를 표현한다면 각 sub pixel마다 nbit로 표현되고 r,g,b subpixel의 조합으로 해당 픽셀의 color가 결정되므로 2의 3n승의 color 가지수를 가진다고 볼 수 있다.
