액정 디스플레이

액정표시장치(LCD)는 편광판 디스플레이 또는 기타 전자적으로 변조된 광학 장치로, 편광기와 결합된 액정의 광 변조 특성을 사용한다.액체 결정체는 빛을 직접 방출하지 않고 대신 백라이트나 반사체를 사용하여 컬러나 단색색으로 이미지를 생성한다.^[1][2]액정표시장치(LCD)는 임의의 영상(일반용 컴퓨터 디스플레이처럼)이나 정보 콘텐츠가 적은 고정된 영상을 표시하거나 숨길 수 있다.예를 들어, 디지털 시계에서와 같이 사전 설정된 단어, 숫자 및 7-세그먼트 디스플레이는 모두 이러한 디스플레이가 있는 장치의 좋은 예다.임의의 영상이 작은 픽셀의 매트릭스에서 만들어지는 반면 다른 디스플레이는 더 큰 요소를 갖는다는 점을 제외하면 그들은 동일한 기본 기술을 사용한다.LCD는 편광기 배열에 따라 정상적으로 켜지거나 꺼질 수 있다.예를 들어 백라이트가 있는 문자 양극 LCD는 백라이트의 색인 배경에 검은색 글자가 표시되고, 음극 LCD는 검정 바탕에 글자가 백라이트와 같은 색으로 표시된다.블루 LCD의 화이트에 광학 필터를 추가해 독특한 외관을 구현했다.

LCD는 LCD 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 계기판, 항공기 조종석 디스플레이, 실내외 간판 등 다양한 용도로 사용된다.소형 LCD 화면은 스마트폰 등 LCD 프로젝터와 디지털 카메라, 시계, 디지털 시계, 계산기, 휴대전화 등 휴대용 소비자 기기에서 흔히 볼 수 있다.LCD 화면은 DVD 플레이어, 비디오 게임 기기, 시계와 같은 가전 제품에도 사용된다.LCD 화면은 거의 모든 용도에서 무겁고 부피가 큰 브라운관(CRT) 디스플레이를 대체했다.LCD 화면은 CRT나 플라스마 디스플레이보다 더 넓은 범위의 화면 크기로 이용할 수 있으며, LCD 화면은 작은 디지털 시계에서 매우 큰 텔레비전 수신기에 이르기까지 다양한 크기로 이용할 수 있다.LCD는 천천히 다른 모양으로 만들 수 있는 OLED로 대체되고 있으며, 응답 시간이 짧고, 컬러 게이머트가 넓으며, 색 대비와 시야각이 거의 무한하며, 주어진 디스플레이 크기에 대한 무게와 더 날씬하다(OLED는 하나의 유리 또는 플라스틱 패널을 사용하는 반면, LCD는 두 개의 유리 패널을 사용하기 때문이다).패널의 ness는 크기에 따라 증가하지만 LCD에서 증가가 더 두드러지며, 전력 소비량이 감소할 가능성이 있다(디스플레이가 필요한 곳에 "켜짐"만 있고 백라이트가 없기 때문이다).그러나 OLED는 매우 비싼 전기 발광 물질이나 인광으로 인해 특정 디스플레이 크기에 더 비싸다.또 인광기 사용으로 OLED는 화면 번인(burn-in)에 시달리며 현재 OLED 디스플레이를 재활용할 방법이 없는 반면 LCD 패널은 재활용할 수 있다.LCD 경쟁력 유지 시도는 청색 LED 백라이트가 적용된 SUHD, QLED 또는 트릴루미노스로 시판되는 퀀텀닷 디스플레이와 청색 빛의 일부를 적색과 녹색으로 변환해 OLED와 비슷한 성능을 제공하지만 양자점 레이어는 퀀텀닷 디스플레이다.이러한 표시장치의 특징을 제공하는 것은 아직 재활용될 수 없다.

LCD 화면은 인광을 사용하지 않기 때문에 실내 표지판에 항공사 비행 일정표 등 고정 이미지가 장시간 화면에 표시되면 화상 입력이 거의 발생하지 않는다.그러나 LCD는 이미지 지속성에 취약하다.^[3]LCD 화면은 CRT보다 더 에너지 효율적이고 안전하게 폐기될 수 있다.전력소모가 적어 CRT보다 배터리 구동 전자장비에 더 효율적으로 사용할 수 있다.2008년까지 LCD 스크린이 장착된 텔레비전의 연간 판매량이 전 세계 CRT 판매량을 넘어섰고, CRT는 대부분의 용도로 쓸모없게 되었다.

일반적 특성

LCD의 각 픽셀은 대개 인듐-타인산화물(ITO)으로 만들어진 두 개의 투명 전극과 (대부분의 경우) 전달 축이 서로 수직인 두 개의 편광 필터(병렬 및 수직 편광기) 사이에 정렬된 분자 층으로 구성된다.편광 필터 사이에 액정이 없으면 첫 번째 필터를 통과하는 빛이 두 번째(크로스된) 편광기에 의해 차단된다.전기장을 적용하기 전에 액정 분자의 방향은 전극 표면의 정렬에 의해 결정된다.꼬인 네마틱(TN) 장치에서는 두 전극의 표면 정렬 방향이 서로 수직이므로 분자가 나선형 구조, 즉 꼬임으로 자신을 배열한다.이는 입사광의 양극화를 유도하고, 장치는 회색으로 나타난다.인가 전압이 충분히 크면 층 중앙의 액정 분자는 거의 완전히 지지되지 않고 입사광의 양극화는 액정층을 통과할 때 회전하지 않는다.그러면 이 빛은 주로 두 번째 필터에 수직으로 편광되어 차단되고 픽셀이 검은색으로 나타날 것이다.각 픽셀의 액정 층에 적용되는 전압을 제어함으로써, 빛이 다양한 양으로 통과하도록 허용되어 다른 수준의 회색을 구성할 수 있다.

액정표시장치(LCD)에 사용되는 액정의 화학식은 다양할 수 있다.공식은 특허를 얻을 수 있다.^[4]머크와 샤프사가 특허를 낸 시아노비페닐에 2-(4-alkoxyphenyl)-5알킬피리미딘을 혼합한 것이 그 예다.그 특정 혼합물을 다룬 특허는 만료되었다.^[5]

대부분의 컬러 LCD 시스템은 동일한 기술을 사용하며, 빨간색, 녹색 및 파란색 서브픽셀을 생성하는 데 사용되는 컬러 필터를 사용한다.LCD 컬러 필터는 나중에 TFT 어레이, 스페이서, 액정 등이 들어 있는 다른 유리 시트로 접착된 대형 유리 시트에 광석학 공정을 통해 제작되며, 여러 가지 컬러 LCD를 만들어 서로 잘라서 편광기 시트로 적층한다.적색, 녹색, 청색 및 흑색 광자(저항자)가 사용된다.모든 저항은 곱게 간 분말 색소를 함유하고 있으며 입자의 지름은 40나노미터에 불과하다.흑색 저항은 가장 먼저 적용되며, 이는 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀을 서로 분리하는 블랙 그리드(검은색 매트릭스로서 업계에 알려져 있음)를 생성하여 대비율을 높이고 한 서브픽셀에서 주변 서브픽셀로 빛이 새지 않도록 방지한다.^[6]흑색 저항이 오븐에 건조된 뒤 포토마스크를 통해 자외선에 노출되면 노출되지 않은 부위가 씻겨 나가면서 흑색 격자가 만들어진다.그리고 나서 남은 저항론자들에게도 같은 과정이 반복된다.이것은 블랙 그리드의 구멍을 그에 상응하는 색깔의 저항으로 채운다.^{[7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]}초기 컬러 PDA와 일부 계산기에 사용된 또 다른 색상 생성 방법은 초 트위스트 네마틱 LCD에서 전압을 변화시킴으로써 수행되었는데, 여기서 더 촘촘한 간격의 판들 사이의 가변 트위스트(Variable Twisting)가 다양한 이중 굴절 쌍반사를 일으켜 색조를 변화시켰다.^[21]일반적으로 픽셀당 주황색, 녹색, 파란색 3가지 색상으로 제한되었다.^[22]

전압-온 상태에서 TN 장치의 광학적 효과는 전압-오프 상태에서보다 장치 두께의 변화에 훨씬 덜 의존한다.이 때문에 정보 함량이 낮고 백라이트가 없는 TN 표시장치는 보통 전압 없이 밝게 보일 정도로 교차 편광기 사이에서 작동한다(눈은 밝은 상태보다 어두운 상태의 변화에 훨씬 민감하다).2010년대의 LCD는 대부분 텔레비전, 모니터, 스마트폰 등에서 사용되기 때문에 화소들의 고해상도 매트릭스 배열로 어두운 배경의 백라이트를 이용해 임의의 영상을 표시한다.영상이 표시되지 않으면 다른 배열이 사용된다.이를 위해 병렬 편광기 사이에서 TN LCD를 운용하는 반면 IPS LCD는 교차 편광기가 특징이다.많은 애플리케이션에서 특히 스마트폰에서 IPS LCD가 TN LCD를 대체했다.액정 재료와 정렬 층 재료 모두 이온 화합물을 포함하고 있다.하나의 특정 극성의 전기장을 장시간 적용하면 이온성 물질이 표면에 끌려서 기기 성능이 저하된다.이는 교류 전류를 가하거나 장치가 다루어질 때 전기장의 극성을 반전시켜(적용된 전기장의 극성과는 무관하게 액정층의 응답은 동일하다) 피한다.

소수의 개별 자릿수 또는 고정 기호 표시장치(디지털 시계 및 포켓 계산기)는 각 세그먼트에 대해 독립된 전극으로 구현할 수 있다.^[23]대조적으로 완전한 영숫자 또는 가변 그래픽 디스플레이는 보통 LC 층의 한 쪽에 전기적으로 연결된 행과 다른 쪽에 있는 열로 구성된 매트릭스로 배열된 픽셀을 구현하여 교차점에서 각 픽셀을 어드레싱할 수 있다.일반적인 매트릭스 어드레싱 방법은 예를 들어 한 행씩을 선택하고 다른 쪽에 그림 정보를 행별로 적용하는 등 매트릭스의 한 면을 순차적으로 어드레싱하는 것으로 구성된다.다양한 매트릭스 주소 지정 방식에 대한 자세한 내용은 패시브 매트릭스 및 액티브 매트릭스 어드레스 LCD를 참조하십시오.

LCD는 OLED 디스플레이와 함께 반도체 제조에서 나오는 클린룸 차입 기법으로 제조되며 시간이 지나면서 크기가 커진 대형 유리판을 사용한다.여러 개의 디스플레이를 동시에 제조한 다음, 모유리나 LCD 유리기판이라고도 하는 유리판에서 잘라낸다.반도체 제조에서 웨이퍼 크기가 커지는 것과 마찬가지로 크기가 커지면 디스플레이를 더 많이 만들거나 더 큰 디스플레이를 만들 수 있다.유리 크기는 다음과 같다.

세대	길이 [mm]	높이 [mm]	도입년도	참조
1세대	200-300	200-400	1990	[24][25]
2세대	370	470
3세대	550	650	1996-1998	[26]
3.5세대	600	720	1996	[25]
4세대	680	880	2000-2002	[25][26]
4.5세대	730	920	2000-2004	[27]
5세대	1100	1250-1300	2002-2004	[25][26]
5.5세대	1300	1500
6세대	1500	1800–1850	2002-2004	[25][26]
7세대	1870	2200	2003	[28][29]
7.5세대	1950	2250		[25]
8세대	2160	2460		[29]
8.5세대	2200	2500	2007-2016	[30][31]
GEN 8.6	2250	2600	2016	[31]
GEN 10	2880	3130	2009	[32]
GEN 10.5(GEN 11이라고도 함)	2940	3370	2018[33]	[34]

8세대까지는 제조사가 단일 어미 유리 크기에 합의하지 않아 제조사마다 동일한 세대에 대해 약간 다른 유리 크기를 사용하게 된다.일부 제조업체는 8.5세대보다 약간 큰 8.6세대 모유리를 채택하여 모유리에 50인치와 58인치 LCD, 특히 58인치 LCD를 만들 수 있으며, 이 경우 8.6세대 모유리에 6개만 제작할 수 있고 8.5세대 모유리에 3개만 제작할 수 있어 낭비를 크게 줄일 수 있다.^[31]또한 각 세대에 따라 모유리의 두께도 증가하므로 모유리의 크기가 클수록 더 큰 디스플레이에 적합하다.LCD 모듈(LCD Module, LCM)은 백라이트가 있는 바로 사용할 수 있는 LCD이다.따라서 LCD 모듈을 만드는 공장은 반드시 LCD를 만드는 것이 아니라, LCD를 모듈로 조립할 수 있을 뿐이다.액정표시장치(LCD) 유리 기판은 AGC, 코닝, 닛폰전기유리 등 기업이 만든다.

역사

초기 내부자의 시각에서 액정표시장치의 기원과 복잡한 역사는 조셉 A에 의해 묘사되었다.카스텔라노(Liquid Gold): 액정표시장치 이야기와 산업의 ^[35]창조1991년까지의 다른 관점에서의 LCD의 기원과 역사에 관한 또 다른 보고서는 IEEE 역사 센터에서 구할 수 있는 가와모토 히로시에 의해 출판되었다.^[36]Peter J. Wild가 작성한 LCD 개발에 대한 스위스의 기여에 대한 설명은 엔지니어링 및 기술 역사 위키에서 확인할 수 있다.^[37]

배경

1888,[38]에서 프리드리히 Reinitzer(1858–1927)과 비엔나 화학 협회의 모임에서 5월 3,1888년(F.Reinitzer:Beiträge zur Kenntniss 데 Cholesterins, Monatshefte für Chemie( 빈)에 그의 연구 결과를 발표했다 콜레스테롤의 액체 결정 자연 당근(그 경우, 두개의 녹는점과 경제 발전의 색)에서 추출한 것을 발견했다.9일421–441 (1888)).^[39]1904년 오토 레만(Otto Lehmann)은 그의 작품 「Flüssige Kristalle」(액정)을 출판했다.1911년 찰스 마우갱은 얇은 층으로 판 사이에 놓인 액체 결정체를 처음으로 실험했다.

1922년 조르주 프리델은 액체 결정의 구조와 성질을 설명하고 이를 세 가지 유형(네마틱스, 스몰텍틱스, 콜레스테르틱스)으로 분류했다.1927년, Vsevolod Frederiks는 모든 LCD 기술의 필수적인 효과인 Freederixz 전환이라고 불리는 전기적으로 개폐된 조명 밸브를 고안했다.1936년 마르코니 무선 전신 회사는 이 기술의 첫 번째 실용적 응용 프로그램인 "액정 라이트 밸브"에 특허를 냈다.1962년, 최초의 주요 영어 출판물인 Molecular Structure and Properties of Liquid Crystals가 George W. Gray 박사에 의해 출판되었다.^[40]1962년 RCA의 리차드 윌리엄스는 액정에는 흥미로운 전기 광학 특성이 있다는 것을 발견했고, 전압을 가하여 액정 물질의 얇은 층에 스트라이프 무늬를 생성함으로써 전기 광학 효과를 실현했다.이 효과는 현재 액정 내부에서 "윌리엄스 도메인"이라고 불리는 것을 형성하는 전기 유체 역학적 불안정성에 기초한다.^[41]

MOSFET는 모하메드 M에 의해 발명되었다. 1959년 벨 연구소에서 아탈라와 다원 카응을 만나 1960년에 발표하였다.^[42][43]MOSFETs Paul K와 함께 일하면서 발전하고 있다. RCA의 Weimer는 1962년에 박막 트랜지스터(TFT)를 개발했다.^[44]표준 벌크 MOSFET와는 구별되는 MOSFET의 일종이었다.^[45]

1960년대

1964년 조지 H. 그 후 RCA 연구소에서 윌리엄스에 의해 발견된 효과에 대해 연구한 Heilmeier는 자기장 유도 방식의 액체 결정에서 이분법 염료를 재배열함으로써 색의 전환을 달성했다.이 새로운 전기 광학 효과와 관련된 실제적인 문제들로 인해 헤이얼마이어는 액정에서의 산란 효과와 마침내 그가 말하는 동적 산란 모드(DSM)에 기초한 첫 번째 작동 액정 디스플레이의 달성을 계속 연구하게 되었다. DSM 디스플레이에 전압을 적용하면 초기 투명한 투명 리에 전환된다.우유빛 탁한 상태로 quid crystal 층을 이루다DSM 디스플레이는 투과 및 반사 모드로 작동할 수 있지만 작동에 상당한 전류가 필요했다.^{[46][47][48][49]}조지 H. 헤이얼마이어는 국립 발명가^[50] 명예의 전당에 헌액되었고 LCD의 발명에 공로를 인정받았다.힐마이어의 작품은 IEEE 마일스톤이다.^[51]

1960년대 후반, 영국 말번 왕립 레이더 협회에 의해 액정에 대한 선구적인 연구가 진행되었다.RRE 팀은 LCD에 적용하기 위한 정확한 안정성과 온도 특성을 가진 시아노비페닐 액정을 궁극적으로 발견한 조지 윌리엄 그레이와 헐 대학의 그의 연구팀의 지속적인 연구를 지원했다.

TFT 기반의 액정 디스플레이(LCD) 아이디어는 1968년 RCA 연구소의 버나드 레치너(Bernard Lechner)가 구상한 것이다.^[52]르치너, F.J. 말로우, E.O. 네스터, J.툴츠는 1968년 표준 이산형 MOSFET를 사용한 18x2 매트릭스 동적 산란 모드(DSM) LCD로 이 개념을 시연했다.^[53]

1970년대

1970년 12월 4일, 액체 결정의 뒤틀린 네메틱 장 효과(TN)는 스위스의 호프만-라로슈에 의해 특허 출원되었고, (스위스 특허 제532 261호)는 볼프강 헬프리히와 마틴 샤드(당시 중앙 연구소에서 일함)가 발명자로 등재되었다.^[46]호프만-라로슈사가 스위스 제조 업체 브라운 보베리 및 했다.;그 발명에 라이센스를 쎌리에, 1970년대 동안 곧과 첫번째 디지털 쿼츠 손목 시계 생산한 일본 전자 산업을 비롯한 국제 시장에 손목 시계 그리고 기타 응용 프로그램에 대한 TN디스플레이를 생산했다 그 시간에 합작 파트너. TN-LCD와 많은 다른 제품들.제임스 퍼거슨(James Pergason)은 켄트 주립 대학교 액정 연구소에서 사르다리 아로라(Sardari Arora), 알프레드 사우페(Alfred Soupe)^[54]와 함께 일하던 중 1971년 4월 22일 미국에서 동일한 특허를 출원했다.1971년 퍼거슨 사의 ILIXCO(현 LXD Incorporated)는 TN-효과에 기반한 LCD를 생산하였고, 이는 곧 낮은 작동 전압과 낮은 전력 소비로 인해 불량 DSM 타입을 대체하였다.세이코의 하마 테츠로와 니시무라 이즈히코는 TN-LCD가 통합된 전자 손목시계에 대해 1971년 2월 미국 특허를 받았다.^[55]1972년 TN-LCD가 장착된 손목시계가 시장에 출시되었다.4자리 디스플레이 시계였던 그뤼엔 텔레타이메.

1972년 T에 의해 미국에서 액티브 매트릭스 박막 트랜지스터(TFT) 액정 디스플레이 패널의 개념이 시제품화되었다. 펜실베이니아주 피츠버그 웨스팅하우스의 피터 브로디 팀.^[56]1973년 웨스팅하우스 연구소의 브로디, J. A. Asars, G. D. D. Dixon은 최초의 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT LCD)를 시연했다.^[57][58]2013년^[update] 현재 현대식 고해상도 고품질 전자비주얼 디스플레이 장치는 모두 TFT 기반 액티브 매트릭스 디스플레이를 사용한다.^[59]브로디와 팡첸루오는 1974년 최초의 평면 액티브 매트릭스 액정표시장치(AM LCD)를 시연했고, 이후 브로디는 1975년 액티브 매트릭스(active matrix)라는 용어를 만들었다.^[52]

1972년 북미 록웰 마이크로일렉트로닉스 사는 로이즈 일렉트로닉스의 마케팅을 위해 DSM LCD를 도입했지만, 이 LCD는 조명을 위해 내부 광원이 필요했다.^[60]샤프코퍼레이션은 1973년^[61] 포켓형 계산기용 DSM LCD를 시작으로 1975년 시계용 TN LCD를 양산했다.^[62]세이코와 첫 6자리 TN-LCD 쿼츠 손목시계, 카시오의 '카시오트론' 등 다른 일본 기업들은 곧 손목시계 시장에서 선두 자리를 잡았다.게스트-호스트 상호작용을 기반으로 한 컬러 LCD는 1968년 RCA 팀에 의해 개발되었다.^[63]이러한 컬러 LCD의 특정 유형은 1970년대에 일본 샤프 주식회사가 개발하여 1975년 5월에 가토 신지, 미야자키 다카아키 등의 발명 특허를 받았으며,^[64] 그 후 1975년 12월에 후나다 후미아키, 마쓰우라 마사타카 등이 개선하였다.^[65]1972년 웨스팅하우스 팀이 개발한 시제품과 유사한 TFT LCD는 1976년 후나다 후미아키, 마쓰우라 마사타카, 와다 토미오 등으로 구성된 샤프 팀에서 특허를 받았으며,^[66] 이후 1977년 기시 고헤이, 노노무라 히로사쿠, 시미즈 게이이치로, 와다 토미오로 구성된 샤프 팀이 개선했다.^[67]그러나 이들 TFT-LCD는 아직 TFT 재료의 문제가 해결되지 않아 제품에 사용할 준비가 되지 않았다.

1980년대

1983년 스위스 보베리앤씨(BBC) 연구소의 브라운 연구진이 패시브 매트릭스 애드레스티드 LCD용 슈퍼 트위스트 네메틱(STN) 구조를 발명하였으며, 1983년 7월 7일과 10월 28일 스위스에서 출원한 해당 특허 출원에 H. 암스터츠 등이 발명자로 등재되었다.특허는 스위스 CH 665491, 유럽 EP 0131216,[68] 미국 특허 4,634,229 및 그 외 많은 국가에서 허가되었다.1980년, 브라운 보베리는 비덱이라고 불리는 네덜란드 필립스 회사와 50/50의 합작 회사를 시작했다.^[69]필립스는 대형 LCD 패널 제어를 위한 집적회로를 설계하고 구축하는 데 필요한 노하우가 있었다.게다가 필립스는 전자부품 시장에 더 잘 접근할 수 있었고 신제품 세대인 하이파이, 비디오 장비, 전화기에 LCD를 사용할 계획이었다.1984년 필립스 연구원인 테오도로스 웰젠과 아드리아누스 드 바앙은 STN-LCD의 느린 응답 시간을 해결한 비디오 속도 구동 방식을 발명해 STN-LCD에서 고해상도, 고화질, 매끄럽게 움직이는 비디오 이미지를 가능하게 했다.^[70]1985년 필립스 발명가 테오도로스 웰젠과 아드리아누스 드 바안은 저전압(CMOS 기반) 드라이브 전자장치를 이용해 고해상도 STN-LCD를 구동하는 문제를 해결, 노트북 컴퓨터나 휴대전화 등 배터리 작동 휴대용 제품에 고품질(고해상도·영상 속도) LCD 패널을 적용할 수 있게 했다.^[71]1985년 필립스는 스위스에 본사를 둔 비덱 AG사의 100%를 인수했다.이후 필립스는 비데렉 생산라인을 네덜란드로 옮겼다.몇 년 후 필립스는 휴대폰 산업의 호황을 위해 전체 모듈(LCD 화면, 마이크, 스피커 등)을 대량 생산으로 생산하고 시판하는 데 성공했다.

최초의 컬러 LCD 텔레비전은 일본에서 핸드헬드 텔레비전으로 개발되었다.1980년 핫토리 세이코의 R&D 그룹은 컬러 LCD 포켓 텔레비전을 개발하기 시작했다.^[72]세이코 엡손은 1982년 최초의 LCD TV인 엡손 TV 워치를 출시했는데, 이 TV 워치는 소형 액티브 매트릭스 LCD 텔레비전이 장착된 손목시계다.^[73][74]샤프사는 1983년 도트 매트릭스 TN-LCD를 선보였다.^[62]1984년 엡손은 최초의 풀 컬러 포켓 LCD TV인 ET-10을 출시했다.^[75]같은 해 시티즌워치는 상용 TFT LCD를 ^[72]최초로 탑재한 2.7인치 컬러 LCD TV인 시티즌 포켓 TV를 선보였다.^[76][76][72]1988년 샤프는 14인치 액티브 매트릭스 풀 컬러 풀모션 TFT-LCD를 선보였다.이 때문에 일본은 TFT 컴퓨터 모니터와 LCD TV 등 대형 LCD를 개발한 LCD 산업이 출범했다.^[77]엡손은 1980년대 3LCD 프로젝션 기술을 개발했고, 1988년 프로젝터에 사용할 수 있도록 허가했다.^[78]1989년 1월 출시된 엡손의 VPJ-700은 세계 최초의 소형 풀컬러 LCD 프로젝터였다.^[74]

1990년대

1990년, 서로 다른 타이틀로 발명가들은 꼬인 네마틱 효과 LCD(TN- 및 STN- LCD)의 대안으로 전기 광학 효과를 구상하였다.한 가지 접근방식은 하나의 유리 기질에 디지털 간 전극을 사용하여 유리 기판과 본질적으로 평행한 전기장을 생성하는 것이었다.^[79][80]이 In Plane Switching(IPS) 기술의 특성을 최대한 활용하기 위해서는 추가 작업이 필요했다.철저한 분석 후, 독일에서는 구엔터 바우르 등이 유리한 구현에 관한 세부 사항을 제출하고, 여러 국가에서 특허를 획득한다.^[81][82]발명가들이 일했던 프라이부르크에 있는 프라운호퍼 연구소 ISE는 LC 물질 공급사인 Merck KGAA, Darmstadt에 이러한 특허를 할당한다.그 직후인 1992년에 Hitachi의 엔지니어들은 박막 트랜지스터 어레이를 매트릭스로 상호 연결하고 픽셀 사이의 바람직하지 않은 표류장을 피하기 위해 IPS 기술의 다양한 실제적인 세부 사항을 연구한다.^[83][84]

히타치 역시 전극(Super IPS)의 형상을 최적화해 시야각 의존도를 더욱 개선했다.NEC와 Hitachi는 IPS 기술에 기반한 LCD를 다루는 초기 제조사가 되었다.이는 평면 컴퓨터 모니터와 텔레비전 화면에 대해 허용 가능한 시각적 성능을 가진 대형 스크린 LCD를 구현하기 위한 이정표다.삼성은 1996년 멀티 도메인 LCD가 가능한 광학 패터닝 기술을 개발했다.이후 멀티 도메인 및 In Plane Switching은 2006년까지 주요 LCD 설계로 남아있다.^[85]1990년대 후반, LCD 산업은 일본에서 한국과 대만을 향해 이동하기 시작했고,^[77] 이후 중국으로 이동했다.

2000년대~2010년대

2007년 LCD TV의 화질은 브라운관 기반(CRT) TV의 화질을 능가했다.^[86]2007년 4분기 LCD TV는 세계 최초로 CRT TV를 앞질렀다.^[87]디스플레이뱅크에 따르면 LCD TV는 2006년 전 세계 출하량 2억대의 50%를 차지할 것으로 예상됐다.^[88][89]도시바는 2011년 10월 태블릿 컴퓨터,^[90] 특히 한자 디스플레이에 적합한 6.1인치(155mm) LCD 패널에 2560 × 1600픽셀을 발표했다.2010년대에는 디스플레이 경계에서 픽셀 사이로 구동회로를 이동하는 TGP(Pixel의 추적 게이트 라인)가 폭넓게 채택되어 좁은 베젤이 가능했다.^[91]LCD는 투명하고 유연하게 만들 수 있지만 OLED나 마이크로LED처럼 백라이트가 없으면 빛을 낼 수 없고, 이는 유연하고 투명하게 만들 수 있는 기술이다.^{[92][93][94][95]}특수 필름을 사용하여 LCD의 시야각을 늘릴 수 있다.^[96][97]

파나소닉은 2016년 대비 100만 대 1의 IPS LCD를 개발해 OLED와 어깨를 나란히 했다.이 기술은 이후 듀얼 레이어, 듀얼 패널, LMCL(Light Modulation Cell Layer) LCD로 양산됐다.이 기술은 1개 대신 2개의 액정 레이어를 사용하며 미니 LED 백라이트, 양자 도트 시트와 함께 사용할 수 있다.^{[98][99][100][101][102][103]}

조명

액정표시장치(LCD)는 자체 빛을 내지 않기 때문에 가시적인 이미지를 만들기 위해서는 외부 빛이 필요하다.^[104][105]투과형 LCD에서는 광원이 유리 스택 뒤쪽에 제공되어 백라이트라고 불린다.액티브 매트릭스 LCD는 거의 항상 백라이트다.^[106][107]패시브 LCD는 백라이트일 수 있지만 많은 LCD는 주변 빛을 활용하기 위해 유리 스택 뒤쪽에 있는 반사경을 사용한다.수혈형 LCD는 백라이트 투과 디스플레이와 반사 디스플레이의 특징을 결합한다.

LCD 백라이트 기술의 일반적인 구현은 다음과 같다.

• CCFL: LCD 패널은 디스플레이의 반대쪽 가장자리에 위치한 두 개의 차가운 음극 형광등 또는 대형 디스플레이 뒤쪽의 병렬 CCFL 배열에 의해 켜진다.디퓨저(PMMA 아크릴 플라스틱으로 제작, 웨이브 또는 라이트 가이드/가이딩 플레이트로도^[108][109] 알려져 있음)가 전체 디스플레이에 빛을 고르게 분산시킨다.수년 동안, 이 기술은 거의 독점적으로 사용되어 왔다.흰색 LED와 달리 대부분의 CCFL은 고른 스펙트럼 출력을 가지고 있어 디스플레이에 더 나은 컬러 게이머트를 제공한다.단, CCFL은 LED보다 에너지 효율이 낮으며, 기기가 사용하는 DC 전압(보통 5V 또는 12V)을 CCFL을 켜는 데 필요한 1000V로 변환하려면 다소 비싼 인버터가 필요하다.^[110]인버터 변압기의 두께도 디스플레이를 얼마나 얇게 만들 수 있는지를 제한한다.
• EL-WLED:LCD 패널은 화면 가장자리 중 하나 이상에 위치한 흰색 LED로 켜진다.그런 다음 라이트 디퓨저(라이트 가이드 플레이트, LGP)를 사용하여 가장자리 조명 CCFL LCD 백라이트와 유사하게 전체 디스플레이에 빛을 고르게 분산시킨다.디퓨저는 PMMA 플라스틱이나 특수 유리로 만들어지며, 대부분의 경우 PMMA는 견고하기 때문에 사용되며, 특수 유리는 LCD 두께가 1차적으로 우려될 때 사용되는데, 이는 LCD가 가열되거나 습기에 노출될 때 크게 확장되지 않기 때문에 LCD 두께가 5mm에 불과할 수 있기 때문이다.양자점은 퀀텀닷 증강 필름(QDEF, 이 경우 열과 습도로부터 보호해야 할 레이어가 필요한 경우)으로 디퓨저 상단에 위치하거나 LCD의 컬러 필터에 위치하여 정상적으로 사용되는 저항기를 대체할 수 있다.^[108]2012년 현재 이 디자인은 데스크탑 컴퓨터 모니터에서 가장 인기 있는 디자인이다.그것은 가장 얇은 디스플레이를 허용한다. Some LCD monitors using this technology have a feature called dynamic contrast, invented by Philips researchers Douglas Stanton, Martinus Stroomer and Adrianus de Vaan^[111] Using PWM (pulse-width modulation, a technology where the intensity of the LEDs are kept constant, but the brightness adjustment is achieved by varying a time interval of flashing tHese 지속적인 빛 강도 빛 sources[112]), 백 라이트가 켜지서울 올림픽 동시에 최대 성취할 수 있는 수준으로 LCD대비를 화면에 나타나는 가장 밝은 색으로 LCD 다른 빛 농도로 재조정되는 의무의 1000:1대비 비율,"3만:1"대비 비율로 결과 허용하는 흐리게 표시되는 있다.t에그는 이 모니터들 중 일부에 광고를 했다.컴퓨터 화면 이미지는 대개 이미지 어딘가에 완전히 흰색을 띠기 때문에 백라이트는 보통 최대 강도로 되어 이 "기능"은 대부분 컴퓨터 모니터에 대한 마케팅 속임수가 되지만, TV 화면의 경우 인식된 대비율과 동적 범위를 급격하게 증가시키고, 시야각 의존성을 향상시키며, r기존 LCD TV의 전력 소비량 교육
• WLED 어레이:LCD 패널은 패널 뒤쪽의 디퓨저 뒤에 놓여진 완전한 배열의 흰색 LED로 켜진다.이 구현을 사용하는 LCD는 일반적으로 디스플레이되는 이미지의 어두운 부분에서 LED를 어둡게 하거나 완전히 꺼서 디스플레이의 대비비를 효과적으로 높일 수 있다.이 작업을 수행할 수 있는 정밀도는 디스플레이 조광 구역 수에 따라 달라진다.디밍존이 많을수록 디밍의 정확도가 높아지는데, LCD의 비라이트 영역에 둘러싸인 다크 그레이 패치로 보이는 꽃무늬 유물이 눈에 덜 띈다.2012년 현재, 이 디자인은 대부분의 사용을 고급 대형 스크린 LCD TV에서 얻는다.
• RGB-LED 어레이:WLED 어레이와 유사하지만 패널은 전체 RGB LED 어레이에 의해 켜진다.흰색 LED로 켜지는 디스플레이는 보통 CCFL로 켜지는 디스플레이보다 컬러 가무트가 더 낮은 반면, RGB LED로 켜지는 패널은 컬러 가무트가 매우 넓다.이 구현은 전문 그래픽 편집 액정표시장치(LCD)에서 가장 인기가 높다.2012년 현재 이 범주의 LCD 가격은 보통 1000달러 이상이다.2016년 현재 이 범주의 비용은 급격히 감소했으며 그러한 LCD 텔레비전은 이전의 28인치(71cm) CRT 기반 범주와 동일한 가격 수준을 얻었다.
• 단색 LED: 적색, 녹색, 노란색 또는 청색 LED는 일반적으로 시계, 시계 및 소형 어플라이언스에서 사용되는 소형 수동 단색 LCD에 사용된다.
• Mini-LED: Mini-LED를 사용한 백라이트는 1,000개 이상의 FLAD(Full-area Local Area Dimming) 영역을 지원할 수 있다.이것은 더 깊은 흑인과 더 높은 계약 비율을 허용한다.^[113](MicroLED와 혼동하지 마십시오.)

오늘날, 대부분의 LCD 화면은 기존의 CCFL 백라이트 대신 LED 백라이트로 디자인되고 있는 반면, 그 백라이트는 비디오 정보(동적 백라이트 제어)로 동적으로 제어된다.필립스 연구원인 더글러스 스탠튼, 마르티누스 스트룸러, 아드리아누스 드 바안(Adrianus de Vaan)이 발명한 동적 백라이트 제어와의 조합은 디스플레이 시스템의 동적 범위를 동시에 증가시킨다(HDR, 하이 다이내믹 레인지 텔레비전 또는 FLAD(Full-area Local Area Dimming)^{[114][115][111]}라고도 한다).

LCD 백라이트 시스템은 프리즘 구조(프리즘 시트)와 같은 광학필름을 적용해 원하는 뷰어 방향으로 빛을 얻는 방식과 기존에 LCD의 첫 번째 편광기에 흡수되었던 편광 빛을 재활용하는 반사 편광필름(Philips 연구자 Adrianus de Vaan a)을 적용해 고효율로 만든다.nd Paulus Schaareman)^[116]은 일반적으로 3M에서 제조 및 공급한 소위 DBEF 필름을 사용하여 달성했다.^[117]개량된 프리즘 시트는 프리즘 구조보다는 웨이브를 가지고 있으며, 측면으로 시트의 구조물에 파동을 도입하는 동시에 파장의 높이를 변화시켜 화면을 향해 더욱 빛을 유도하고 프리즘 시트의 구조와 LCD 서브픽셀 사이의 앨리어싱이나 뮤레(moiré)를 감소시킨다.웨이브 구조는 기존의 다이아몬드 공작기구를 이용한 프리즘 구조보다 대량생산이 용이하며, 웨이브 구조를 각인시키는 데 사용되는 롤러를 플라스틱 시트로 만들어 프리즘 시트를 제작하는 데 사용된다.^[118]프리즘 시트 양쪽에 디퓨저 시트를 배치하여 백라이트 조명을 균일하게 하고, 라이트 가이드 플레이트 뒤쪽에 거울을 배치하여 모든 빛을 앞으로 향하게 한다.디퓨저 시트가 있는 프리즘 시트는 라이트 가이드 플레이트 위에 놓인다.^[119][108]DBEF 편광기는 이전의 흡수된 빛의 양극화 모드를 반영하는 단색 지향의 바이레프링제 필름으로 구성된다.^[120]단색 방향의 중합체 액정(Birefringent Polymer 또는 Birefringent Glue)을 사용한 이러한 반사 편광기는 필립스 연구원인 Dirk Broer, Adrianus de Vaan, Joerg Brambring에 의해 1989년에 발명되었다.^[121]그러한 반사 편광기의 결합과 LED동적 백 오늘의 LCD텔레비전은 훨씬CRT-based 세트 효율적이고, 600테라 와트시. 1012와트시(2017년)의 전 세계 에너지 절약, 모든 가정 전 세계가 오거나 모든 태양 전지의 2배 수준의 에너지 생산되는 것 같은 전기 소비량의 10%에 해당하는 주요하다 control[111].그세계의^[122][123]

LED 기반 백라이트 기술과 결합해 초저전력 전자장치를 이용해 영상 속도에 원하는 고해상도 영상을 생성하는 LCD 레이어로 인해 LCD 기술은 TV, 데스크탑 모니터, 노트북, 태블릿, 스마트폰, 휴대전화 등의 제품에서 독보적인 디스플레이 기술이 되었다.경쟁 OLED 기술이 시장에 밀려나지만 2D LED 백라이트 기술과 결합해 LCD와 같은 HDR 기능이 탑재되지 않아 연간 LCD 기반 제품 시장이 OLED 기반 제품보다 빠르게(볼륨) 성장하고 있는 반면 LCD(포어 등 제품)의 효율성은 더 높다.테이블 컴퓨터, 휴대 전화 및 텔레비전)은 조명이 LCD의 컬러 필터에 흡수되는 것을 방지함으로써 더욱 개선될 수 있다.^{[124][125][126]}이러한 반사형 컬러 필터 솔루션은 LCD 산업에서 아직 구현되지 않았으며 실험실 프로토타입보다 더 발전하지 못했다.OLED 기술 대비 효율을 높이기 위해 LCD 업계가 도입할 것으로 보인다.

다른 회로에 대한 연결부

표준 텔레비전 수신기 화면인 현대식 LCD 패널은 600만 화소가 넘으며, 모두 화면에 내장된 유선 네트워크에 의해 개별적으로 구동된다.미세한 전선, 즉 경로는 화면 한쪽에는 전체 화면을 가로지르는 수직선이, 다른 한쪽에는 전체 화면을 가로지르는 수평선이 그리드를 형성한다.이 그리드에 대해 각 픽셀은 한 쪽에는 양의 연결부가 있고 다른 쪽에는 음의 연결부가 있다.따라서 1080p 디스플레이에 필요한 와이어의 총량은 수직으로 3 x 1920, 수평으로 1080으로 총 6840개의 와이어를 수평으로 표시한다.이는 빨강, 녹색, 파랑의 경우 3개, 총 5760개의 전선과 1080개의 전선이 수평으로 가는 경우 각 색상에 대해 1920개의 픽셀 컬럼을 사용하는 것이다.너비가 28.8인치(73cm)인 패널의 경우, 이는 수평 가장자리를 따라 인치당 200선 정도의 와이어 밀도를 의미한다.

LCD 패널은 LCD 패널의 가장자리와 공장 레벨에서 조심스럽게 매치되는 LCD 드라이버에 의해 구동된다.드라이버는 몇 가지 방법으로 설치할 수 있으며, 그 중 가장 일반적인 것은 COG(칩온글라스)와 TAB(테이프 자동 결합)이다.TV 화면보다 훨씬 작은 스마트폰 화면에도 이 같은 원리가 적용된다.^{[127][128][129]}LCD 패널은 일반적으로 유리 기질에 얇게 코팅된 금속 전도 경로를 사용하여 패널을 작동시키기 위한 셀 회로를 형성한다.일반적으로 패널을 별도의 구리 에치 회로 기판에 직접 연결하는 납땜 기법은 사용할 수 없다.대신에, 인터페이스는 비등방성 전도성 필름 또는 낮은 밀도의 탄성계 커넥터를 사용하여 수행된다.

패시브 매트릭스

모노크롬과 그 이후의 컬러 패시브 매트릭스 LCD는 1990년대 중반까지 대부분의 초기 노트북에서 표준으로 사용되었으며(소수의 플라즈마 디스플레이가^[130][131] 사용되었지만), 원래의 닌텐도 게임보이에서는^[132] 컬러 액티브 매트릭스가 모든 노트북에서 표준으로 채택되었다.상업적으로 성공하지 못한 Macintosh Portable(1989년 출시)은 액티브 매트릭스 디스플레이를 사용한 최초의 제품 중 하나였다.패시브 매트릭스 LCD는 2010년대에도 저렴한 계산기와 같은 노트북 컴퓨터나 TV보다 덜 까다로운 애플리케이션에 사용된다.특히 정보 콘텐츠를 적게 표시해야 하고, 전력 소비량이 가장 낮으며(백라이트 없음), 저비용이 바람직하거나 직사광선에서의 가독성이 필요한 휴대용 기기에 사용된다.

표시 장치는 수동 매트릭스 구조를 가진다는 super-twisted 네 마틱 STN형(브라운 보베리 연구 센터, 바덴, 스위스,가 1983년, 과학적 세부 사항 published[133]았)또는double-layer 전략 공군사 통신망(DSTN)기술(그 후자가 전자를 한 color-shifting 문제를 해결한다), 그리고 색깔은 adde color-STN(CSTN)를 채택하고 있다.d에 의해내부 필터를 사용하여STN LCD는 패시브 매트릭스 어드레싱에 최적화되어 있다.그것들은 원래 TN LCD보다 콘트라스트-vs-전압 특성의 임계값을 더 선명하게 보여준다.픽셀은 선택되지 않은 상태에서도 부분 전압에 노출되기 때문에 이것이 중요하다.활성화 픽셀과 비활성 픽셀 사이의 크로스스토크는 활성화 픽셀이 1972년에 Peter J. Wild가 발견한 비활성 픽셀의 RMS 전압을 임계 전압보다 낮게 유지함으로써 적절하게 처리되어야 하는 반면,^[134] 활성화 픽셀은 임계치 이상의 전압("Alt & Pleshko" 구동 방식에 따른 전압)을 받는다.^[135]Alt & Pleshko 구동 방식에 따라 이러한 STN 디스플레이를 구동하려면 매우 높은 라인 주소 지정 전압이 필요하다.Welzen과 de Vaan은 저전압 CMOS 기술을 사용하여 STN 디스플레이를 구동할 수 있도록 훨씬 낮은 전압을 필요로 하는 대체 구동 방식("Alt & Pleshko" 구동 방식)을 개발했다.^[71]

STN LCD는 한 프레임에서 한 극성의 펄스 전압을 교체하고 다음 프레임에서 반대 극성의 펄스를 교체하여 연속적으로 새로 고쳐야 한다.개별 픽셀은 해당 행과 컬럼 회로에 의해 처리된다.픽셀은 일정한 전하의 이점이 없이 리프레시 사이에 상태를 유지해야 하기 때문에 이러한 유형의 디스플레이를 패시브 매트릭스라고 부른다.픽셀 수(그리고 그에 상응하여 열과 행)가 증가함에 따라 이러한 유형의 디스플레이는 실현 가능성이 낮아진다.느린 응답 시간과 낮은 대비는 "Alt & Pleshko" 구동 방식에 따라 구동되고 픽셀 수가 너무 많은 패시브 매트릭스 LCD가 대표적이다.Welzen과 de Vaan은 또한 비디오 속도로 STN 디스플레이를 구동하고 STN 디스플레이에서 부드러운 동영상 이미지를 보여줄 수 있는 비 RMS 드라이브 방식을 발명했다.^[70]시민은 무엇보다도 이러한 특허에 대해 라이센스를 부여하고 시장에^[136] 여러 STN 기반 LCD 포켓 텔레비전을 성공적으로 출시했다.