디스플레이 역사와 원리

1. 디스플레이란?

디스플레이는 화면이다. 뭔가 정보를 띄워주는 판때기다.
사실 넓게는 옷가게 마네킹에 걸린 옷도 디스플레이고, 동네 간판도 디스플레이지.
너무 범위가 넓기 때문에 좀 한정 지어서 설명을 해보겠다.

영화상영 - 브라운관 - LCD - 네온사인(PDP) - LED - OLED
이런 순서로 진행할 것.

1. 영화상영
   영화 상영할 때 영상을 본다. 이때에는 영사기를 통해 빛을 쏴주고 스크린에 빛이 반사되는 방식이다.
   흔히 쓰는 프로젝터도 마찬가지 원리다.
   영사기는 필름이 계속 돌아가는데 거기에 뭔가 흔적을 남겨서 장면 자체를 사진처럼 만들어 놓는다.
   그리고 그림자놀이 하듯이 빛을 쏘면 그림자가 벽에 비춰지겠지. 이게 기본이다.
   빛이 스크린에 부딪히면 난반사한다. 난반사가 뭐냐면 빛이 울퉁불퉁한 곳에 부딪히면 막 퍼져버리는 거.
   그래야 사람들이 스크린 위에 맺힌 빛을 볼 수 있다. 반사가 제대로 되어버리면 모두 눈뽕이 되겠지?

사실 이런 방식의 디스플레이는 한계가 너무 크다.
좀 밝은 데에서 벽에 프로젝터 비추면 잘 안 보이잖아.
어두워야 하고, 벽이 하얀색이어야 하고, 거리가 멀리 필요하고, 해상도도 아주아주 낮다. 선명하지 못해서 글자를 작게 보기 힘들다.
참 원시적인 방식.

이런 한계를 느끼고 나온 방식이 브라운관이다.

1. 브라운관
   브라운관 테레비죤 많이들 들어봤겠지? 이건 티비 안에 브라운이라는 놈이 만든 관이 들어 있어서 그런 거다.
   이 관이 뭐냐면 전자가 움직이는 통로다. 관짝 말고 관. 배관 같은 거.
   기본적인 구조는 아래와 같다.

유리판 - 형광물질 - 관 - 전자총 - 전원

순서는 오른쪽에서 왼쪽으로 온다.
전원에서 전기가 뜨겁게 금속을 가열하면 전자가 톡 튀어나오거든. 전자는 조그마한 알갱이라고 생각하면 돼. 비듬처럼 톡 튀어나오는 거야.
이게 전자총에 탄알을 장전시켜주는거. 전자총은 이 전자를 빵! 하고 쏴준다.
그게 관을 통해서 움직인다. 관에는 온통 금속 실이 감겨있다. 금속실에 전기가 흐르면 자기장이 만들어져.
이 자기장은 전자를 원격으로 조종해주는 역할을 한다. 이쪽방향으로 얼마나 빨리 움직이느냐 이걸 결정해준다. 무선조종 컨트롤러 같은 거.
관에서 방향과 속도가 정해진 전자는 형광물질에 가서 부딪힌다.
형광물질은 유리판에 발라져있다. 여기 부딪히면 형광물질은 빛을 내보낸다. 이게 유리판을 통해서 나가게 되는 거.
유리판은 세세하게 나뉘어져 있는데 칸마다 형광물질이 있어서, 이 칸에 전자가 부딪히면 빛이 칸으로 나가는 거다.
그래서 티비 가까이 보면 칸칸이 나뉘어져서 거기서 빛이 나온다.

길지. 간단하게 전자총이 전자를 빵! 쏘면 형광물질에 부딪혀서 빛이 나온다. 이렇게 알면 된다.

조금 더 원리적으로 들어가보자. 형광물질은 어떻게 빛을 낼까.
전자는 기본적으로 에너지를 가지고 있다. 이 에너지가 형광물질에 부딪히거든.
그러면 형광물질이 존나 빡쳐서 화를 내. 그러다 화가 가라앉으면 빛이 나옴. 손오공이 화나면 빛 내잖아. 비슷한 거임.
근데 이 시간이 엄청 짧아. 존나 ㅋㅋ 조울증도 이런 조울증이 없을 정도로 화가 존나 빨리 났다가 존나 빨리 가라앉기 때문에 빛이 톡 톡 나옴.
그래서 전자총은 기관총처럼 빠빠빠방 전자를 쏴준다.

전자총은 총알을 하나만 쏘지 않는다. 매순간 우리가 보는 브라운관 티비 사이즈의 칸칸 개수만큼 총을 쏜다.
그러니까 이걸 컨트롤하는 브라운관의 성능이 참 중요한 거임. 참고로 브라운관이라는 말보다는 ‘음극선관’이라는 말이 더 까리함 ㅋ

성능이 좋아지면서 CRT모니터가 나온다. 옛날 윈도우 95 98시절 쓰던 그 커다란 모니터. 그 뒤에 관이 들어있는 거임.
CRT모니터랑 테레비죤 차이가 뭐냐면, 테레비죤은 칸이 네모난 모양인데 모니터는 동그라미임. 그리고 좀 더 잘게 쪼개져있다.
차이는 모니터는 가까이서 보고 테레비는 멀리서 본다는 데에서 온다.

존나 옛날 건데 이걸 왜 이렇게 길게 설명했느냐.
여기서 보이는 이 형광물질의 원리가 바로 우리가 요즘 쓰는 올레드 디스플레이랑 연결이 되거든.

1. LCD
   Liquid Crystal Display의 약자인 LCD.
   액상 결정 디스플레이임. 말이 존나 뭔 소리냐.
   LCD의 기본 구조는 아래와 같다.

유리판 - 편광물질 - 넓은 형광등

존나 간단하지? 맞아. 간단해. 기술이 원래 간단한 법이지.
형광등에서는 하얀 빛만 나오잖아.
너거 집에서 애기 키우면 꼭 하는 거 있을 거야. 셀로판지로 하얀 전등 감싸면 빨간 빛 나오는거.
딱 그 원리다. 진짜 존나 간단해.

하얀 빛이 편광물질을 지나가면 색이 바뀌거든. 아 근데 편광물질이 뭐냐고?
‘편애’할때 편이랑 빛 광. 그러니까 특정한 빛만 통과시킨다는 거야. 중딩 때 배운다. 하얀 빛은 모든 색의 빛이 합쳐진 빛이라고.

우리가 LCD 디스플레이를 현미경이나 돋보기로 보면 색이 3개로 나뉘어져 있잖아. 빨강 초록 파랑. RGB.
각 칸마다 편광물질이 채워져 있는 거다.
근데 이게 어떻게 조절되냐면 전기로 조절이 된다.
전기를 어느정도 흘려주면 편광물질이 바뀌거든.

편광물질이 원래 ㅣ 이렇게 수직모양으로 배열되어 있다고 쳐보자. 전기를 흘려주면 / 이렇게 기울어지기도 하고 ㅡ 이렇게 눕기도 한다.
누우면 빛이 안 나오고 기울어지면 빛이 조금 지나가고. 그러면 RGB 각각의 색깔 비율이 조절되면서 모든 색을 만들어내겠지?
이 원리다. 그래 원리는 간단한데 막상 하기는 조온나 어려운 거지. 그러나 요새는 개나소나 만드는 기술이기는 함.

브라운관이랑 다른 거는, 브라운관은 직접 빛을 내는 ‘형광물질’을 사용하는 데에 비해 LCD는 ‘편광물질’이 빛을 가려서 통과시키거든.
아참. 편광물질이 액상 결정이라서 LCD라는 말을 쓰는 거다. 걍 참고적으로만 알아두삼. 원리만 알면 됨.

1. 네온사인(PDP)
   갑자기 뜬금없이 웬 네온사인?
   요새야 올레드 티비가 나오고 있는데 (아직은 사지 말어라.. 퀀텀닷 나오면 그때 사라..) 한때 PDP 테레비가 유행했거든.
   이 PDP는 네온사인과 원리가 거의 같다.

네온사인은 보면 유리로 병처럼 만들어놓잖아. 그 안에 형광가스를 채워넣는 거임. 플라즈마 상태라고 하는 건데
원자가 원자핵+전자의 형태로 딱 갖춰진게 아니고 애가 존나 헤퍼서 완전 풀어진 상태. 원자핵이랑 전자랑 따로 막 노는 상태.
어렵지? 몰라도 돼.
알아야할 건 형광가스에 전기를 흘려주면 얘네 가스 원자들이 존나 열받아가지고 빛을 낸다는 거야.
이게 네온사인인데 PDP가 이걸 활용한다.

작은 칸마다 형광가스를 채워놓고 전기를 흘려줘. 그럼 빛이 나오겠지?
이게 바로 PDP야.

1. LED
   대망의 LED다. Light Emitting Diode. 빛을 뿜는 다이오드.. 이름만 보면 간지남. 스타워즈 광선검 같고.
   근데 정말 그래.

어떤 물질들에 전기를 흘려주면 그 물질 자체가 빡치면서 빛을 내뿜거든.
헐 위에 나왔던 거랑 차이가 뭔지 모르겠다교?
맞다. 차이 없다. 정말 별 차이 없다.

물질에 전기를 흘려주면 빛이 나온다! 이게 현재 모든 디스플레이의 원리가 된다.
스크린에 빛을 쏴서 반사된 빛을 보는 방식과
하얀 빛에서 특정한 빛만 골라서 보는 방식과 다르다. 두 방식이랑 전혀 다르고, 장점이 너무나 명확하다.

첫째, 밝다. 존나 밝다. 빛이 반사되면서 흩어지는게 너무 많거든. 또 LCD는 기본적으로 빛을 가려서 내보내는 방식이기 때문에 어둡다.
그에 비해 빛이 직접 나오기 때문에 훨씬 밝지.
둘째, 전기를 아낄 수 있다. 직접 빛을 발생하기 때문에 밝게 보려고 빛을 무쟈게 쎄게 쏘는 프로젝터보다 전기가 덜 들고, 항상 뒷판의 백라이트 하얀 빛을 쏴줘야 하는 LCD보다 전기를 덜 쓰지.
셋째, 제약이 적다. LCD는 뒷판에 형광등도 깔아놔야 하고, 프로젝터는 빛을 쏠 공간이 필요하고. 그렇다보니 LED는 상대적으로 얇게 깔 수 있지. 공간 절약!!

아무튼 LED가 갓갓인 것이다. LED의 원리를 보면.. 반도체가 쓰인다.
반도체 아직도 안 읽어본 흑우 없제? (반도체 원리와 제조 공정 https://m.idpaper.co.kr/counsel/item/item_view.html?cnslSeq=359890)
그런데 반도체의 구조는 안 했다. 헤헤
반도체의 구조를 보면 +극이랑 -극을 띄는 물질을 두개 붙여놓은것. 여기에 전류를 흘리는데 전류가 +극에서 -극으로 흐르도록 방향을 전하면,
그러니까 건전지 +랑 -를 똑바로 끼워넣는 것처럼 하면 빛이 나오고 반대로 끼우면 빛이 안 나온다. 결국 0과 1은 여기서도 쓰이지.
아무튼 간 이런 원리다.
어떤 물질을 붙여놓고 전기를 흘려주면 빡쳐서 빛이 나온다. 이걸 다이오드 Diode라고 하는겨.
전류를 얼마나 세게 흘려주느냐에 따라 또 빛의 세기가 바뀌고. 물질별로 나오는 색이 다르다. 빨강이든 초록이든.

참고로 파랑색을 내뿜는 Diode는 2014년이 돼서야 제대로 나왔다. 존나 얼마 안 됨. 그 전까지는 적색과 녹색만 있었고, 적색에 청색 물질을 발라서 파란색이라고 했다.
그래서 파란색은 그동안 LED에서 어색하게 나왔고, 엄밀한 디스플레이가 아니었음.
일본이 기술력 최고임. 이거 할라면 완전 노가다거든. 물질별로 다 해봐야되고, 물질 배합도 다 해봐야되고, 개고생임. 근데 일본은 장인정신이 있어서 이런 데에 존나 매달리는 경향들이 있다.

LED는 이런 원리인데 네온사인을 보면 가스를 쓰지? 브라운관에서는 전자를 충돌시키고.
가스 대신 고체를 쓰고, 전자를 충돌시키는 대신 직접 전류를 흘려주는 것. 이게 차이다. 기술이었고. (토막상식. 전자가 물질 내에서 움직이는 것을 전류가 흐른다고 한다.)

LED는 다시 한 번 말하지만, 존나 밝고 표현할 수 있는 색이 존나게 다양하다. 또 꺼지면 완전히 검은색이 된다. LCD는 가려놓는 것이기 때문에 완전 검지는 않다.
수명도 길고 백색 LED도 만들어지면서 요새 지하철이고 가로등이고 신호등이고 다 LED 쓰지.
LCD는 그리고 편광물질이 돌아가는 시간이 필요해서 잔상도 남고 그러는데 LED는 거의 없다고 보면 된다.
아참 그리고 LED 티비라고 나오는 것들 다 LCD다. 뒷판 백라이트에 형광등 넣으면 어두우니까 LED 넣은 거임.

LED의 한계는 번인이다. Burn in! 삼성폰 깔 때 앱등이들이 항상 하는 말이지. Burn burn이 번인 생긴다고.
LED는 기본적으로 반도체다. 반도체 제조공정에서 읽었듯 산화막을 씌우거든. 박막을 씌워. 그 박막에 전자가 쌓여버리는거야. 그게 컴터 속도 저하를 일으키듯
LED에서는 빛이 잘 안 나게, 어둡게 만들어버리는 거다.

1. OLED
   요새 손담비 뭐하냐? 아몰레드 외치면서 춤추던 때가 엊그제 같은데.
   아몰레드 이전에 올레드부터 알자. AMOLED는 Active Matrix Organic Light Emitting Diode.
   기본적으로 Organic LED, OLED를 알아야 하는 것이다.

올레드는 유기 발광 다이오드라고 부른다.
유기화합물을 LED로 써서 그렇다.
유기화합물이 뭐냐. 6번의 LED는 기본적으로 금속이다. 전자가 움직여야 하는데 전자가 움직이는 걸 금속이라 함. 전자가 움직이는게 전류랬지? 전류가 흐르는게 금속이야.
근데 유기화합물은 탄소가 들어간 물질을 말하는데 이게 전류가 흐르걸랑.
그런 데다가 빛도 뿜어내고.
이걸 갖다가 화면 전체에 깔아주게 되면, 그게 바로 OLED가 되는 것.

간단히 설명해서, LED를 만들 때 금속 대신에 유기화합물을 쓰는 거다. Organic이라 해서 무슨 유기농 친환경 이딴거 아니고 탄소가 들어간거. 연필가루가 들어갔다 생각하면 된다.
별거 없지?
LED=OLED. 원리가 같다.
다만 유기화합물을 써서 조금 더 넓은 화면을 만들 수 있다는 장점. 그리고 금속에 비해 얇게 만들 수도 있다.
또 고해상도로 만들 수도 있음. 크기가 작아도 빛이 충분히 나옴.

7-1. AMOLED
능동형 행렬 유기 발광 다이오드. 수동형도 있긴 하다. PMOLED, 근데 안 쓰니까 패스.
이게 뭐냐면.. 전기를 공급할 때 OLED층 위에 한 층이 더 있어서 여기서 전기를 저장했따가 각 칸칸마다 전기를 제공해주는 거야.
그래서 알아서 빛을 낼 수 있는 능력이 쫌 있다고 능동형임.
이렇게만 알아도 충분히 이해한 거다. 층이 여러개 쌓여있고, 한 층이 다른 층에 전류를 흐르게 할 수 있는 능력이 있다.

1. 잡소리

• 생각보다 너모 길어졌다만 이것만 읽으면 역시 현대문명의 Display 정도는 알 수 있다.
  이 정도만 얘기해도 엥간한 공돌이들은 ‘아 얘 쫌 아네?’ 할듯. 애초에 공돌이랑 이런 말을 할지는 모르겠지만 ^.

• QLED는 뭐냐? Quantum Dot이 뭐냐? 양자점이 뭐냐???
  요새 한창 나오는 QLED는 사실 Q-LCD라고 불러야 마땅하다.
  Quantum이 들어가면 어디든 확률을 떠올리면 된다. 이럴 확률도 있고 그럴 확률도 있다는 식으로.
  시간 나면 양자역학도 써볼까 하는데 어떰?
  아무튼 간 여기서는 어떤 확률이냐.
  LCD의 편광물질이 원래는 하나의 색만 표현할 수 있다. 빨강은 빨강, 초록은 초록, 파랑은 파랑. 거기서 각 색의 밝기를 조절해서 색을 섞어서 만들어내는 거지. 노랑색 같은거.
  근데 QLED는 하나의 편광물질이 여러개의 색을 만들어낼 수 있다.
  크기가 커질 확률도 있고 작아질 확률도 있는데 그 중 하나만 결정해주면 어떤 때에는 커져서 빨강을 보여주다가 어떤 때에는 작아져서 파랑이 되고.
  양자라는건 기본적으로 이걸 의미한다. 이렇게 됐다가 저렇게 됐다가. 그게 정해주기 전까지는 안 정해져있는 것.
  근데 삼성은 왜 QLED라고 홍보를 하냐? 좀 기술력이 있어 보이는 목적도 있는 것이고, LCD 뒤에 백라이트를 LED를 쓰거든.

그럼 엄밀한 QLED는 뭐냐. 하나의 소자, 그러니까 하나의 다이오드가 하나의 색만 나타내는 것이 아니라 여러개의 색을 동시에 나타낼 수 있는 것.
전기로 조절해서 어떤 때에는 빨간색 다이오드가 되었따가 어떤 때에는 파란색, 초록색, 보라색 이렇게.
사실 이렇게 많은 색을 한번에 나타내기는 어렵고. 연두색이 녹색이 됐다가 청록색이 됐다가 수준이지. 그래도 이렇게만 돼도 색표현력이 엄청 늘어나고, 반응속도도 빨라지겠지.

• 모니터와 스마트폰
  LCD보다 AMOLED를 많이 쓰는 것은, 전력소모가 훨씬 적고, 색표현력이 좋고, 얇게 만들수 있어서야. 해상도도 엄청나게 높고 말이지.
  그런데 마냥 이렇다고 좋다는 건 아니야. LCD가 눈이 조금 더 편한 것도 있어 사실. AMOLED는 기본적으로 단색광(파장이 딱 하나만 있는 광)을 방출한다고 봐.
  그리고 그게 눈에 자극이 심함. 그래서 눈이 아프게 되지. 눈이 꽃의 빨간색을 볼 때에는 빨간색을 표현하는 여러가지 붉은 색들을 동시에 봐서 다채롭게 보는데
  LED에서는 한 가지 파장만 받아들이니 눈의 시세포 특정 부분만 게속 자극을 받잖아. 그러니 쉽게 피로해지는 것.
  이 역시 퀀텀닷이 어느 정도 해결해 줄 수 있을 거라 생각.. 과학은 발전한다.
  요새 삼성이 아몰레드 상영관도 만들었던데 가봐. 스크린이랑 전혀 다름. 아 이제 안 하나? 몰라.

• 그래핀
  그래핀 씨바 여기도 나오고 이전 글들에도 존나 나왔는데 또 나온다.
  그래핀은 기본적으로 탄소로 만들어져있다. 그러면 위에 유기화합물이 탄소가 들어갔다는 말이 생각나겠지?
  그러면 또 그래핀이 등장하겠지 ? 존나 신의 물질이라고 하고, 요새 다들 연구하는데 비싸기도 하고 그래서 뭐 실제로 언제 쓰일라나.
  팽당하지 않을까?

1. 마치며
   정말 길었지만 다 읽었다면 뿌듯하겠지? 뿌듯했으면 좋겠어.
   끝.