LG디스플레이 블로그에서는 디스플레이 상식에 대해 알고 싶으신 분들을 위해 ‘디스플레이 상식 사전’ 시리즈를 진행하고 있습니다. 디스플레이에 대한 아주 기본적인 지식부터 심도 있는 단어까지, 이해하기 쉽게 풀어드립니다. 이번 시간은 TFT-LCD 공정 세 번째, Cell 공정에 대해 알아볼 차례입니다.
Cell 공정은 첫 번째 시간에 만들었던 TFT 기판과 두 번째 시간에 만들었던 컬러 필터 기판을 합치고, 필요에 따라 잘라주는 단계입니다. 공정은 크게 배향공정과 합착공정 두 가지로 나눌 수 있는데요. 먼저 배향공정부터 알아보도록 하겠습니다.
1) 배향공정 – 액정을 같은 방향으로 나란히 나란히~
우리가 보는 디스플레이 화면은 작은 픽셀의 모임으로 이뤄져 있습니다. 한 픽셀, 한 픽셀의 밝기를 정확하게 조절할 수 있어야 또렷한 디스플레이 화면을 만들 수 있습니다.
이 픽셀의 빛을 조절하는 역할을 ‘액정(Liquid Crystal)’이 담당하는데요. 무척이나 중요한 임무를 맡긴 만큼 초기에 단단히 기강을 잡아줘야 하겠죠? 어리바리한 훈련병 시절, 조교들의 엄격한 교육을 통해 진정한 군인으로서의 자세를 갖추게 되는 것처럼요. 이렇게 액정이 자리를 잡게 하는 과정을 ‘배향공정’이라고 합니다.
본격적으로 배향공정에 들어가기 전, 지난번에 만들었던 TFT 기판과 CF 기판을 준비합니다. 위생은 필수! 기판을 세척해 깨끗한 상태로 만들어줍니다.
다음으로 액정의 방향을 정해주는 배향막을 각 기판 위에 인쇄한 후 오븐에 넣어 굳혀줍니다.
여기서 잠깐, 배향막이 왜 필요한가요?
물질이 크게 ‘기체’, ‘액체’, ‘고체’ 3가지 상태로 나뉜다는 사실은 잘 알고 계시죠? 액정은 고체와 마찬가지로 결정 구조를 갖지만, 액체처럼 움직일 수 있는 특이한 성질을 가지고 있습니다. 그래서 분자 운동이 불규칙적입니다.
하지만 액정의 위치가 이리저리 바뀌면, 우리가 제대로 된 화면을 볼 수 없습니다. 따라서 액정의 방향과 위치를 잡아주는 ‘군기반장’ 역할의 배향막이 필요한 것입니다.
이제 액정을 배향할 차례입니다. 액정 배향 방법은 크게 두 가지로 나뉘는데요. 물리적인 방법인 러빙(Rubbing) 방식과 화학적인 방법인 UV(광) 배향 방식이 있습니다.
– 러빙 배향 방식
러빙 배향은 배향막 위에 롤러를 회전시켜 작은 홈을 만들어주는 방식입니다. 이 작은 홈을 따라 액정 물질을 배향시키면, 액정을 같은 방향으로 줄 세울 수 있습니다. 비교적 과정이 간단하지만, 정전기나 흠집이 생길 수 있고 배향 균일성이 다소 떨어진다는 단점이 있습니다.
– UV 배향 방식
UV 배향 방식은 러빙 방식처럼 물리적으로 홈을 만드는 것이 아니라, 고분자 필름에 UV 광을 쏴 홈을 만들어 액정 물질을 배향시키는 방법입니다.
광 배향 방식은 위에서 언급한 러빙 방식의 단점을 보완할 수 있는 방법입니다. 또한, 더욱 균일하게 액정을 배열함으로써 빛샘을 줄여 명암비를 개선할 수 있습니다. 명암비가 높으면 더 깊고 강한 블랙을 표현할 수 있고, 더 밝은 색으로 표현할 수 있어 훨씬 선명한 화면을 구현할 수 있다는 점. 모두 알고 계시죠? 😀
액정분자가 평행하게 정렬되는 과정
위 배향 과정을 마치면 그림처럼 액정이 ‘차렷!’하며 같은 방향으로 배열됩니다.
2) 합착공정 – TFT 기판과 CF 기판을 합체!
이제 지금까지 공들여 만든 CF 기판과 TFT 기판이 합체될 차례입니다.
먼저 CF 기판엔 접착제를, TFT 기판 위엔 일정량의 액정을 떨어트려 줍니다. 그 후 진공 상태에서 합체! 이 과정을 통해 액정은 두 유리 기판 사이에서 고르게 펴집니다.
사실 과거엔 패널을 먼저 합착한 후, 액정을 주입하는 방식으로 기판을 합착했는데요. LG디스플레이에서 최초로 발크(VALC, Vacuum Alignment with Liquid Cristal Process)라 불리는 방식으로 양산을 성공시켜 진공 상태에서 바로 액정을 합착할 수 있게 됐습니다. 덕분에 공정에 걸리는 시간인 TAT(Turn Around Time)를 2~3일에서 1일로 대폭 줄일 수 있었는데요. 연간 생산되는 어마어마한 TFT-LCD 물량을 생각했을 때, 이 기술이야 말로 ‘혁신 중의 혁신’이라고 할 수 있겠죠?
