계산기 흑백 액정 Liquid Crystal Display 에 대해

 1. LCD (Liquid Crystal Display) 기본 개념
   - 액정 디스플레이(LCD)는 액정(Liquid Crystal) 물질이 전압에 따라 빛의 투과율을 조절하여 이미지를 표현하는 디스플레이 기술입니다. 이 기술은 매우 얇고 전력 소모가 적어 계산기, 시계, 휴대용 전자기기 등에 널리 사용됩니다.

 

 

 2. LCD의 주요 종류
   - 세그먼트 디스플레이(Segmented LCD): 
     - 이 디스플레이는 숫자, 문자, 또는 특정 아이콘을 고정된 위치에 표시하기 위한 패턴으로 설계되어 있습니다.
     - 7세그먼트(7-segment): 7개의 바(막대)로 구성된 디스플레이로, 숫자(0~9)를 표현하는 데 주로 사용됩니다. 일부 알파벳 문자도 표현할 수 있습니다.
     - 14세그먼트(14-segment) 및 16세그먼트(16-segment): 7세그먼트보다 더 복잡한 문자나 기호를 표현하기 위해 사용되며, 알파벳 및 일부 특수 문자도 표시할 수 있습니다.
   - 도트 매트릭스 디스플레이(Dot Matrix LCD):
     - 작은 점(픽셀)들이 격자 형태로 배열된 디스플레이입니다. 각 픽셀을 개별적으로 제어할 수 있어 다양한 글자, 숫자, 그래픽을 자유롭게 표시할 수 있습니다.
     - 이는 주로 복잡한 그래픽이나 여러 줄의 텍스트를 표시할 때 사용됩니다. 

     - 과거의 segment 가 좀 더 세분화하여 발전된 형태로 볼 수도 있습니다. 

 

 3. 아이콘(Icon)
   - 세그먼트 디스플레이에 있는 아이콘은 특정 기호나 상태를 표시하기 위해 미리 정해진 위치에 고정된 형태로 존재합니다.
   - 예를 들어 배터리 잔량 표시, 무선 신호, 음소거 상태 등의 아이콘들이 있습니다.
   - 아이콘은 유리 기판에 미리 패턴화되어 있으며, 특정 전압이 인가될 때만 on/off 되어 표시됩니다.

 

 4. LCD 제조 공정

 a. 유리 기판 준비
   - 유리 기판: 디스플레이의 기본 재료인 두 개의 얇은 유리판을 준비합니다. 이 유리판은 투명 전도성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)로 코팅되어 있습니다. ITO는 전기 신호를 전달하면서도 투명성을 유지하는 중요한 역할을 합니다.

 b. 패터닝(Photolithography)
   - 포토리소그래피: 세그먼트와 아이콘이 표시될 영역을 설계한 후, 이를 유리 기판에 구현하는 과정입니다. 이 과정에서 기판에 빛을 이용해 세그먼트와 아이콘의 패턴을 형성합니다.
   - 마스크 제작: 포토마스크를 사용하여 ITO 코팅된 기판에 자외선을 쬐면, 마스크로 가려지지 않은 부분이 빛에 노출되어 감광제(포토레지스트)가 반응합니다. 이후 현상 과정을 통해 노광된 부분의 ITO를 제거하여 원하는 세그먼트와 아이콘 패턴이 ITO 층에 형성됩니다.

 c. 에칭(Etching)
   - 에칭: 노광된 후 남아 있는 포토레지스트를 제거하고, 노출된 ITO를 화학 용액으로 에칭하여 제거합니다. 이 과정을 통해 남아 있는 ITO만이 전기 신호를 전달하며, 해당 패턴이 세그먼트와 아이콘으로 표시될 수 있게 됩니다.

 d. 액정 주입
   - 액정 주입: 두 유리 기판을 결합하기 전에, 이들 사이에 액정 물질을 주입합니다. 액정은 전압에 따라 분자 배열이 바뀌면서 빛의 투과율을 조절하여 세그먼트와 아이콘을 표시하게 됩니다.

 e. 유리 기판 결합 및 밀봉
   - 결합 및 밀봉: 액정이 주입된 두 유리 기판을 결합하고 밀봉합니다. 이때, 기판 사이의 간격(셀 갭)을 일정하게 유지하기 위해 스페이서가 사용됩니다. 이 과정은 디스플레이의 균일한 성능을 보장합니다.

 f. 편광 필름 부착
   - 편광 필름: 유리 기판의 양쪽에 편광 필름을 부착합니다. 이 필름은 액정의 방향에 따라 빛의 투과를 조절하여, 전압이 가해진 세그먼트와 아이콘 부분이 시각적으로 표시되도록 합니다.

 g. 드라이버 IC 및 연결
   - 드라이버 IC: 세그먼트와 아이콘을 제어하는 드라이버 IC를 연결합니다. 이 IC는 각 세그먼트와 아이콘에 전압을 공급하여 필요한 부분만 켜지거나 꺼지도록 제어합니다. 드라이버 IC는 세그먼트와 아이콘의 개별 제어를 담당하여 다양한 숫자, 문자, 기호 등을 표현할 수 있게 합니다.

 h. 최종 조립 및 테스트
   - 조립 및 테스트: 완성된 LCD 모듈을 케이스에 조립한 후, 전기적 테스트를 통해 모든 세그먼트와 아이콘이 정상적으로 작동하는지 확인합니다. 이 과정에서 세그먼트들이 숫자와 문자를 올바르게 표시하는지, 아이콘들이 올바르게 on/off 되는지 검증됩니다.

 i. 세그먼트 및 아이콘 표시
   - 세그먼트 표시: 각 세그먼트는 전압이 가해지면 액정의 배향이 변하며, 빛의 투과를 막아 화면에 검은색으로 표시됩니다. 이를 통해 숫자나 문자가 표현됩니다.
   - 아이콘 표시: 유리 기판에 형성된 ITO 패턴을 통해 아이콘이 특정 위치에 고정되어 있으며, 전기 신호에 따라 on/off 되어 아이콘이 표시됩니다.
 

 

 5. 용도 및 장점
   - 용도: 계산기, 디지털 시계, 전자저울, 리모컨, 공학용 기기 등 다양한 휴대용 전자 기기에서 사용됩니다.
   - 장점: 저전력, 얇은 두께, 높은 내구성, 선명한 흑백 표현 등이 있습니다.

이러한 요소들이 모여 계산기의 LCD 화면을 구성하고, 사용자가 쉽게 숫자, 문자, 그리고 다양한 상태를 확인할 수 있게 합니다.