LCD는 다양한 디지털 기기에서 널리 사용되는 디스플레이 기술이다. 이것은 빛을 정확한 패턴으로 들어오게 하는 작은 셔터가 달린 창문과 있는 것이다. 다른 표시기술보다 장점이 많기 때문에 현재에도 아주 널리 사용되고 있으며, 에너지 효율성 개선과 더 얇은 디스플레이 구현 등을 목표로 계속해서 발전하고 있다.
LCD의 액정
물질은 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태를 가진다. 고체는 다른 것에 비해서 상대적으로 분자들이 항상 일정한 방향을 향하고 있고 동일한 장소에 머물고 있기 때문에 고체의 특성을 가진다. 액체 분자들은 그와 정반대이다. 이 분자들은 모든 방향을 향할 수 있고 액체상태로 어느 쪽으로든 움직일 수 있다. 그러나 어떤 물질들은 고체 같기도 하고 액체 같기도 한 기묘한 상태로 존재한다. 물질이 이런 상태에 있으면 이 분자들은 고체에 있는 분자들처럼 일정 방향을 향하는 경향을 가지지만, 액체 분자처럼 다른 위치로 움직일 수 도 있다. 액정은 고체상태보다는 액체상태에 가까운 물질이다. 대부분의 물질은 고체에서 액체로 바뀌려면 상당히 많은 양의 열을 필요로 한다. 그러나 액정을 순수한 액체로 바꾸는 데에는 아주 약한 열만 있어도 된다. 액정이 온도에 민감하고 온도계나 무드 링(기분에 따라 색이 변하는 액정석영을 끼운 반지)을 만드는 데에 이용되는 이유는 바로 이 때문이다. 추운 날씨나 아주 더운 날 바닷가에서 노트북 컴퓨터의 디스플레이가 이상하게 작동하는 이유도 바로 이것으로 설명할 수 있다. 액정의 특징 중 하나는 전류가 영향을 끼친다는 것이다. 액정에 전압을 가하면 액정은 다양한 형태로 뒤틀린다. LCD에 있는 액정에 가한 전압에 따라서 액정은 빛을 통과시키거나 차단한다. 액정은 스스로는 전혀 빛을 내지 못하며 다만 빛을 차단하거나 통과시킬 뿐이다. 작고 값싼 LCD는 항상 반사할 뿐이라서 어떤 상을 표시하려면 외부의 광원에서 나온 빛을 반사해야만 한다. 대부분의 컴퓨터 표시장치는 위와 옆, 때로 뒤에 내장되어 있는 형광 튜브에서 빛이 비치어진다. 뒤에 있는 백색의 산광 패널은 빛의 방향을 바꾸고 골고루 분산시켜서 일정한 표시가 이루어지게 한다.
만들기
LCD제작은 두 개의 편광유리와 함께 시작된다. 표면에 극히 미세한 홈을 만드는 특수 폴리머를 편광 필름이 붙어 있지 않은 유리면에 문지른다. 이때 홈은 편광 필름과 같은 방향을 가져야 한다. 다음에 필터 중 하나에 네마틱 상태(액정의 가지런한 분자들이 방향은 너무 일정하지만 무게 중심의 분포가 무질서한 상태)의 액정이 코팅된다. 홈 때문에 첫 번째 층의 분자는 필터의 방향과 나란히 정열 한다. 첫 번째 유리와 직각으로 편광 필름을 붙인 두 번째 유리가 겹쳐진다. 연속적으로 이어진 분자층은 점차 비틀려서 최상층이 맨 밑에 대해서 90도가 되면서 편광유리 필터와 일치하게 된다. 빛이 첫 번째 필터를 때리면서 편광이 된다. 이어 각 층에 있는 분자들은 이 빛을 받아서 다음층으로 인도한다. 빛이 액정층을 통과함에 따라 분자들 역시 빛의 진동 수준을 변화시켜 자신들의 각도에 맞춘다. 빛이 액정물질의 맨 바깥쪽에 도달하면 마지막 분자층과 같은 각도로 진동한다. 마지막 층이 두 번째 편광유리 필터와 일치하면 빛이 통과된다. 액정 분자에 전하를 가하면 비틀림이 풀리게 된다. 이렇게 되면 이들 분자 사이를 통과하는 빛의 각도가 바뀌면서 더 이상 맨 상층의 편광 필터의 각도와 맞지 않게 된다. 어떤 빛도 LCD의 이 부분을 통과할 수 없게 되면서 이 부분은 주위보다 어두워진다.
수동, 능동 매트릭스
컴퓨터에는 수동 매트릭스와 능동 매트릭스라는 두 가지 LCD 형태가 사용된다. 수동 매트릭스 LCD는 단순한 그리드(격자)를 이용해서 디스플레이상의 특정 픽셀에 전하를 공급한다. 이 그리드는 기판이라고 부르는 두 개의 유리층과 함께 시작된다. 한 기판에는 열이, 한 기판에는 행이 만들어지는데, 보통은 인듐 주석 산화물인 투명한 전도성 물질로 만들어진다. 열과 행은 특정열과 행으로 보내지는 전압을 제어하는 집적회로(IC)와 연결된다. 두 유리 기판 사이에 액정층이 들어가고 각 기판 바깥쪽에 편광 필름이 추가된다. 필셀을 켜기 위해서 IC가 한쪽 기판의 해당 열에 전하를 보내면 다른 한쪽 기판의 그에 해당하는 행에서 그라운드가 활성화된다. 열과 행은 지정된 픽셀에서 교차하면서 전압이 전달되어 그 픽셀에 있는 액정의 비틀림을 풀게 한다. 능동 매트리스 LCD는 박막 트랜지스터(TFT)로 움직인다. TFT는 유리 기판에 격자상으로 배열된 작은 트랜지스터 겸 콘덴서들이다. 특정 픽셀을 표현하기 위해서 해당하는 행에 스위치를 넣으면 전하가 해당 열로 전해진다. 열이 교차하는 다른 행은 모두 꺼져 있기 때문에 지정 픽셀에 있는 콘덴서만이 전하를 받아들인다. 콘덴서는 다음의 새로운 사이클이 시작될 때까지 전하를 보존할 수 있다. 액정에 공급되는 전압의 크기를 세밀하게 조정해서 약간의 빛만 통과하게 할 수 있는데, 이를 아주 정확하게 증가시켜서 미세한 농도 차이를 구현할 수 있다.