2019년 7월 13일 (토), 신송고등학교, 정보 디스플레이 이야기

 

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(Display 교안 참조)

 

<정보디스플레이 이야기>

 

1. 먼저, 잔소리

 

돈이 있어야만 행복한 것은 아닙니다.  다만 행복하기 위해서는 돈이 필요합니다.  나라도 국민도 마찬가지 입니다.  윤택하고 행복하게 살기 위해서는 어느 정도 개인의 형편도 나라의 경제도 좋고, 안정되어야 합니다.  열심히 일하고 저축하여야 돈도 벌 수 있고 경제도 좋아지겠지요.  이에 더하여서 미리 쌓아둔 것도 있고, 혹은 다소 안정된 소득원도 있으면 도움이 되겠지요.  개인으로 치면 유산이나 혹은 월세를 받을 수 있는 공간 정도, 나라로 치면 이어져 내려오는 유산, 관광 자원이든 역사적인 유물 같은 것, 혹은 지하 자원이나 석유, 농사를 짓기에 좋은 기후와 땅, 이런 것들이 있으면 기본적인 살림이나 생계가 좀 더 잘 안정이 될 수 있습니다.

 

이런 관점에서 볼 때 우리나라가 썩 좋은 여건은 아닌 듯 합니다.  유네스코의 문화 유산이나 자연 유산들을 많이 보유한 나라는 이탈리아, 중국, 스페인, 독일, 프랑스, 영국, 러시아, 미국, 이런 나라들로, 대략 수십 개를 가지고 있고 우리나라는 열 개 정도입니다.  그 열 개 정도가 관광적인 가치가 높아서 외국인들이 멀리서 찾아오는 정도까지는 아니고.  석유 생산국도 중동 국가들이나 미국, 러시아는 물론, 남미에도 몇 개 국가들이 있고, 아프리카에도 십여 개 등, 심지어 미국 에너지 정보청 데이터를 보면 동남아 국가들, 저쪽 '~스탄'이라는 이름을 갖는 나라들, 북유럽 국가들까지도 석유 생산지로 표기가 되어 있는데, 우리나라는 아직 무소식입니다(울산 쪽에서 나온다는 이야기를 최이사님께서 하십니다만... 확인이 필요).  그렇다고, 다른 고부가가치의 지하 자원이 특별히 매장되어 있는 것도 아니고. 또 농사를 지을 수 있는 비옥한 땅이 넓게 있는 것도 아닙니다.  아! 관광 자원도 지하 자원도 땅도 숲도 물도 넉넉지 못한 우리나라... 만만치 않은 여건입니다.

 

그런데 늘 반전이 있지요.  우리는 누구도 갖지 못한 자원, 대대손손 이어 내려오고 앞으로도 이어갈, 고갈될 우려도 빼앗길 걱정도 없는 그런 자원이 있습니다.  인적 자원(Human Resource)! 바로 그것입니다.  대륙의 한쪽 귀퉁이, 반도에서 지금도 세계를 호령하는 중국과 일본과 러시아의 틈바구니에서도 반만년이란 긴 세월을 꿋꿋이 지켜온 민족과 산하, 우리의 땅과 하늘, 그리고 핏줄을 지키고 이어올 수 있었던 우리의 능력! 늦게 들어온 문물, 암담하였던 일제 강점기, 그리고 전쟁의 폐허에서도 지금의 산업대국을 만들어 온 우리의 저력! 이것이 대한민국의 인적 자원의 힘입니다. 긴 세월과 함께 지난 50여년간 우리가 얼마나 대단하였는지, 인적 자원을 통하여 얼마나 훌륭한 산업강국이 되었는지, 이야기를 풀어가 볼까요?

 

2. 인적 자원의 힘

 

구한말, 우리나라는 외국 문물의 문을 여는데, 늦었습니다.  그리고 열강들의 제물이 되고, 침략을 당합니다.  일제 강점기가 끝나고 다시 혼돈의 몇년, 그리고 한국 전쟁이 일어납니다.  폐허만 남죠.  제로의 상태에서 우리나라, 그리고 국민은  방직, 섬유 산업을 필두로 시멘트, 비료, 정유 등 1950~60년대부터 산업화의 동력을 당깁니다.  그리고 50여년이 지난 현재, 우리의 산업은 어디까지 와 있을까요.  근거 자료와 분석 방법이 광범위하고 다양하여서, 일단 일본경제신문사가 매년 발표하는 50개 세계일류품목의 순위와 제품 관련 데이터를 택합니다.  물론 저자의 주관적인 견해일 우려도 없지는 않습니다만.  여하튼 기술적 난이도가 높으면서도 시장 규모가 큰 50개의 품목에서 한국의 대략 8개 품목에서 시장점유율 1위를 차지하고 있습니다.  미국이 20개 정도로 압도적으로 높고, 일본은 한국보다 1~2개가 많은 2위, 그리고 중국은 한국과 오차 범위 내에서 동률을 이룹니다.  5위부터는 독일, 스웨덴, 스위스 등이 있는데 한국과는 어느 정도 간격이 있습니다.

 

한국이 1위인 품목은 주로 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)와 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 메모리 소자인 DRAM(Dynamic Random Access Memory), 낸드 플래쉬, SSD(Solid-state Hard Drive), 시스템 반도체 등, 디스플레이와 반도체 관련 품목들이며, 이와 함께 스마트 폰과 TV(Television)입니다. 스마트 폰 과 TV의 주력 부품이 디스플레이와 반도체이니 더불어 1위는 당연하지요.  여기서 포인트는 두 가지인데, 하나는 한국 산업의 주력은 디스플레이와 반도체라는 점, 그리고, 한국이 반세기라는 짧은 기간 동안에 세계 3위의 산업 강국이 되었다는 점입니다.  물론, 아전인수격인 해석일 수도 있지만, 진실 쪽에 더 비중이 있음은 자명합니다.  만일, 이 글을 읽는 젊은이들이 있다면, 부모님이 스마트 폰 어플에 익숙하지 않다고 놀리지 마세요.  부모님은 스마트 폰을 개발하고 만든 세대입니다. 

 

산업 분야를 잠시 떠나서, 다른 분야도 볼까요.  마침 오늘 우리의 젊은 축구 선수들은 아르헨티나, 일본, 세네갈 등을 꺾고 4강에 진출하였습니다.  BTS의 웸블리 공연은 세계를 흔들었습니다.  세계에서도 신화로 인정 받는 우리의 한국인들, 축구의 차범근, 야구의 박찬호, 피겨의 김연아, 골프의 박인비는 최초, 성공이라는 단어의 글로벌 대명사입니다.  지금도 손홍민의 골은 네트를 흔들고 있으며, 류현진의 투구는 메이저 타자들을 주눅이 들게 합니다.  반도의 끝, 반으로 잘린 나라, 열강들의 숲 가운데, 그리고 체력의 상당 부분을 준전장에 투입하여야 하는, 세계에서도 몇 안되는 나라가 배출한 인적 자원의 힘입니다.  나는 아직 종교를 가지지 않았습니다.  그럼에도 감히 단언하기를 우리 한민족 정도의 우수성에 접근할 수 있는 민족은 유대인 정도가 유일하지 않을까, 그들의 역사와 현재를 보며 생각을 합니다.  이제 디스플레이의 세계로 좀 더 들어가 보려 합니다.

 

3. 디스플레이의 역할

 

정보 통신의 세계에서 디스플레이는 가장 끝단에 위치합니다.  즉, 센서 등에 의하여 취득된 신호, 혹은 정보는 네트워크를 통하여 전달이 되고, 마지막에 디스플레이로 우리에게 보여지죠.  '인간은 정보의 80%를 시각에 의존하고, 긔 대부분은 색채로 이루어져 있다,' 독일의 대문호이자 색채 심리의 전문가이기도 한 괴테, 그의 저서인 '색채론(Theory of Colours)'에 담긴 말입니다.  이와 같이 인간의 5감에서 시각으로 오는 정보가 80% 이상이니 이 또한 눈으로 오는 정보입니다.  요즘에는 디스플레이 화면 상의 터치가 또 다른 입력이 되기도 하며, 따라서 이제는 '입출력 장치'라는 명칭이 더 어울립니다.  여하튼 디스플레이는 인간과 정보, 기계 등을 연결하는 인터페이스(human-machine interface)임에는 틀림이 없습니다.  앞으로도 TV 이야기를 많이 하여야 하니, TV가 일원이 되는 정보 전달의 체계를 일례로 들어보겠습니다.

 

즉, 배우가 연기를 하든 앵커가 뉴스를 하든, 카메라로 촬영된 영상 신호는 전파가 되어 집으로 오게 됩니다.  전파가 전달되는 방법에도 여러 가지가 있으며, 이에 따라 방송의 명칭이 달라집니다.   전파가 지상에 있는 송신탑을 이용하여 무선으로 안테나까지 오는 지상파 , 혹은 공중파 방송, 케이블 방송국이 보다 다양한 컨텐츠들을 광섬유나 동축 케이블과 같은 유선으로 보내주는 케이블 방송, 혹은 마을이나 집이 큰 산이나 높은 건물들로 가로막혀 전파가 바로 오기가 어려우면, 케이블 방송국에서 지상파 방송을 받아 케이블로 전달을 해 주기도 하죠.  그리고, KT의 올레 TV나, SK 브로드밴드, LG 유플러스 등과 같이 인터넷 선을 따라 들어오는 인터넷 방송, 이는 IP-TV(Internet Protocol TV)라는 용어로 더 익숙하죠.  IP-TV의 경우에는 인터넷 프로토콜을 이용하는데, 시청자가 요구를 하고 원하는 방송을 볼 수 있는 쌍방간의 교류가 더욱 활성화되어 있어서 케이블 TV에 비해 가입자수가 많죠.  끝으로 다른 나라의 방송을 받고플 경우에는 동그란 지구로 인해, 똑바로만 가는 전파가 적도 상공, 약 35km에 있는 방송 위성이나 통신 위성을 경유하여 안테나에 도착하는 위성 방송을 이용하기도 합니다.  참고로, 위성 방송의 경우 12GHz의 주파수를 이용하는데, 파장은 약 2.4cm 정도로 큰 빗방울이나 우박 등에 영향을 받을 수도 있어 큰 파라볼릭 안테나로 전파를 더 넓게 모으기도 합니다.

 

안테나를 통하든, 통신선을 통하든 집으로 전달된 영상 신호는 TV에서 다시 빛, 그리고 영상으로 바뀌어 우리 눈에 보이게 되며, 여기서 눈에 보이는 화면이 디스플레이입니다.  사실, 디스플레이는 '보이다', '펼치다', '진열하다' 등의 뜻을 가지는 라틴어 'displico', 'displicare'에서 비롯된 단어로, 현대에 이르러서는 보여주는 행위나 장치를 통칭하고 있습니다.  즉, 미술관의 전시 행위부터, 백화점의 쇼 윈도우, 스마트 폰의 화면, 그리고 스포츠 경기장의 전광판까지 포함하는 다양한 전시 행위와 표시 장치를 일컬으며, 여기에서는 전자 기기에서 시각 정보를 표시하는 장치를 '정보 디스플레이(Information Display)'로 표현하고자 합니다.  다음으로 정보 디스플레이가 어떻게 진화하여 왔는지, 과거로 돌아가 보죠.

 

4. 디스플레이의 변천

 

1887년, 독일의 스트라스부르크 대학의 칼 브라운 교수에 의해 발명된 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT), 소위 브라운관은 그 후 100여년동안 디스플레이의 대명사가 되어 왔습니다. 물론, 액정 디스플레이(LCD)가 1960년대부터 새로운 개념의 디스플레이로 등장하게 되었지만, 특히 TV와 모니터 영역은 20세기 중, 후반 동안에는 범접할 수 없는 CRT만의 영역이었죠.  그러나, 1970~1980년대부터 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel, PDP)가 얇은 모니터 등으로 등장을 하고, 특히 1980년대부터 일본 업체들에 의하여 화면을 키울 수 있는 대체 디스플레이로서 발전함과 동시에, 또한 LCD의 화질과 화면의 크기가 급격히 향상되어 가면서 CRT 고유의 결점들이 공공연히 드러나고 강조되기 시작하였습니다.  즉, 전자들의 속도를 증가시키고 전자선을 주사(scanning)하여야만 하는 고유의 동작 원리로 인하여 두께와 무게를 줄이는 데에 한계가 있었고, 이와 함께 높은 에너지의 전자들이 형광체에 충돌함으로써 발생하는 x-ray에 대한 우려도 커져만 갔습니다.

 

결국은 1980~1990년대에 이르러 CRT의 두꺼운 외관에 대응하는 얇은 두께, 즉 평판 디스플레이(Flat Panel Display, FPD)에 대한 기대와 이를 실현하기 위한 야망이 불타오르고, 21세기를 앞두고 PDP를 이용한 TV가 선을 보이게 됩니다.  즉, 1966년부터 국내에 보급된 CRT TV가 1999년에 마침내 CRT가 넘볼 수 없는 크기인 40인치급 PDP TV의 선재 공격을 받으며 타격을 받기 시작하고, 2004년부터는 역시 40인치급 LCD TV가 경쟁에 합류하게 되죠.  이로써 모니터와 TV를 독점하다시피 한 CRT의 시장은 급격히 무너지고, 향후 약 10년간은 PDP와 LCD간의 치열한 경쟁, 궁극적으로는 LCD가 승자로서 올라서는 시기가 됩니다..  PDP가 패배한 원인은 여러가지로 분석되고 있으나, LCD 기술의 비약적인 발전과 가격 경쟁력 상승이 가장 큰 위협 요인이었겠지요.  결국 2014년을 계기로 PDP의 생산은 중단이 됩니다.  그리고 LCD는 수 인치급의 소형부터 100인치급에 가까운 대형 디스플레이로서 모바일, 태블릿, 모니터, 그리고 TV까지 대부분의 영역을 점하게 되죠.

 

기술은 도전과 경쟁을 통하여 발전하며,  LCD의 독주는 그리 오래가지를 못합니다.  유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)라는 신선하고 강력한 도전자가 등장을 하죠.  LCD가 스스로 빛을 내지 못하여 별도의 광원을 써야만 하는 반면에 OLED는 스스로 빛을 냅니다.  그래서, 색이 더 선명하고 번짐이 없는 영상을 만들어 내고, 또한 딱딱한 유리 기판이 아닌 유연하고 휠 수 있는 플라스틱 기판 위에도 만들 수 있습니다.  모바일 기기, 즉, 소형부터 시작한 OLED의 도전은 이제 대형, 80인치대의 TV 시장까지 진입하였습니다.  중소형 시장에서는 이미 LCD가 한발을 빼고 있는 수순이며, TV 시장에서의 격돌은 치열합니다.  LCD는 양자점 기술을 도입함으로써 QLED(Quantum-dot LED) 기술로 진화하여가면서 체력을 유지하고, OLED는 영상의 선명도, 완전한 블랙, 그리고 휨과 두루마리처럼 말 수 있다는 무기를 적극 활용합니다.  지금은 거의 완성된 OLED 기술과 LCD에서 더욱 진화하여야만 하는 QLED의 치열한 경쟁 시기입니다.  실로 흥미진진합니다.  다음으로 100여년전부터 오늘에 이르기까지 등장하고, 발전하고, 혹은 소멸한 디스플레이들, 먼저 그들을 분류하고 묶어보기로 하죠.

 

5. 디스플레이의 분류

 

정보 디스플레이 기술을 여러 특징들을 토대로 하여 분류하는 방법은 실로 다양합니다.  먼저, 보는 방식에 따라 화면을 직접 보는 직시형(direct view type), 크기가 작고 해상도가 높은 마이크로 디스플레이, 혹은 미러 어래이 등으로 영상이나 빛을 확대하여 스크린에서 보는 투사형(projection type), 그리고 디스플레이로부터 나온 영상을 화면도 스크린도 아닌 제3의 공간, 예를 들면 눈으로부터의 일정 거리나 허공 등에 형성하여 보게 되는 가상형(virtual view type)으로 구분할 수 있습니다.  이 중에서도 직시형 디스플레이가 우리가 흔히 이야기 하는 디스플레이 패널과 직접적으로 연관이 되고, 아울러 투사형이든 가상형이든 직시형 디스플레이 패널 기술을 이용하여 완성되는 시스템이므로 주로 직시형 디스플레이를 위주로 설명하여 볼까요.

 

직시형 디스플레이를 분류하기 위해서는 생김새에 따라 분류하는 방식이 간편하며, 즉, 뚱뚱하고 무거운 브라운관(CRT), 얇고 가벼운 평판 디스플레이(FPD), 둘로 나눌 수 있고, 다시 FPD는 별도의 광원을 필요로 하는 비자발광형(non-emissive type)과 스스로 빛을 만들 수 있는 자발광형(self-emissive type, emissive type)으로 분류가 됩니다.  비자발광형에서는 LCD가 대표적이며, 이 외에도 초소형 전자기계장치(MicroElectroMechanicalSystem, MEMS) 기술을 이용한 MEMS 디스플레이, 전자 종이에 주로 사용되는 전기 영동 디스플레이(ElectroPhoretic Display, EPD), 그리고 전자 종이에도 사용될 수 있지만 요즘 스마트 윈도우 기술로 관심을 끄는 전기 변색 디스플레이(ElectroChromic Display, ECD) 등이 있습니다.  발광형의 무대는 실로 디스플레이의 전장이라고 할만큼 기술들이 다양한데, 발광 원리별로 구분하는 것이 이론과 동작 원리를 이해하기에 편하죠.

 

주요 발광 원리들을 살펴보면, 빛을 발생시키기 위해 이용되는 에너지로 특징지을 수 있는데, 음극에서 발생한 전자의 가속 후 충돌 에너지를 이용하는 음극 발광(CathodoLuminescence, CL), 전기장에 의해 이동하는 캐리어, 즉, 전자와 정공들의 여기(excitation) 후 충돌이나 재결합(re-combination)을 이용하는 전계 발광(ElectroLuminescence, EL), 빛 혹은 광자(photon)의 에너지를 이용하는 광 발광(PhotoLuminescence, PL) 등이 대표적입니다.  음극 발광 현상을 이용한 디스플레이로는 FPD는 아니지만 CRT가 대표적이며, 이와 함께 전계 방출 디스플레이(Field Emission Display, FED), 진공 형광 디스플레이(Vacuum Fluorescent Display, VFD)를 꼽을 수 있습니다.  전계 발광 현상의 경우, 그 메커니즘을 물리적으로 보다 세분화할 수 있지만, 일단 뭉뚱그려서 이야기하면 지금으로는 유기 발광 다이오드(OLED)와 함께 이제는 디스플레이로 분류하여야만 하는 (무기) 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 대표적이며, 이와 함께 교류 혹은 직류 구동형 박막/후막 전계 발광 소자(Thin/Thick Film ElectroLuminescent Device, TFELD)를 들 수 있습니다.  광 발광 현상을 이용한 디스플레이로는 PDP가 대표적입니다.

 

실로 다양하고 각각의 특징들이 분명한 디스플레이들, 이들이 서로 경쟁을 하고, 또 본의아니게 서로 도우면서 탄생도 하고, 성장도 하고, 중간에 도태와 소멸을 겪기도 하고, 혹은 더욱 크게 발전하거나 일부는 명맥을 유지하면서 반세기가 넘는 세월을 겪어 왔습니다. 물론 주요 기술들은 별도로 보다 구체적이고 원리적으로 설명하겠지만, 도태와 소멸을 겪었더라도 학술 연구로 완성되고 기업의 생산라인에서 한번이라도 태어난 만큼 각각의 이름을 불러주고, 짧게라도 인사하는 것이 예의라 생각을 하며, 그들의 소개를 이어갑니다.

 

6. 어떤 디스플레이들이 있을까

 

다양할수록, 종류가 많을수록 명분 있고 체계적인 정리가 필요합니다.  우선 직시형, 자발광 디스플레이에서 발광 원리별로 정리하여 보면, 먼저 음극 발광(CL) 기반의 디스플레이로는 CRT, FED, VFD가 있고, 전계 발광(EL) 기반으로는 LED, OLED, TFELD, 그리고 광 발광(PL) 기반으로는 PDP가 있습니다.  다음으로 비자발광 디스플레이로는 ECD, EPD, LCD, MEMS 디스플레이를 꼽을 수 있으며, 일단, 이들에 대해 간단히 소개하고자 합니다.  각 분류 내에서 소개 순서는 출연 시기나 발전 정도, 시장 등을 고려하지 않고 가급적 '가나다' 순이나 '영어 알파벳' 순으로 합니다.  왜냐하면, 출현 시점의 경우 원리, 시제품, 제품 중에서 어디를 시작으로 보아야 할지 애매하고, 여러 발명자나 회사가 서로 주장하는 바가 다를 수도 있으며, 발전 정도나 시장 규모의 경우, 부활과 소멸은 언제든지 가능하고, 시장 규모는 분기별로도 부침이 있으니 여러모로 불분명하고 변화가 무쌍하기 때문이죠. (이런 식의 서술을 할 때마다, 시오노 나나미의 '십자군 이야기' 서술 방식을 떠올리게 되네요).

 

직시형 다음으로는 투사형과 가상형 디스플레이 기기(디스플레이 패널을 이용하는 경우가 많기 때문에, '기기'라는 표현을 씀)에 사용되는 디스플레이들을 정리하겠습니다.  투사형 기기로는 투사형 TV나 피코 프로젝터가 주종목이며, 가상형 기기로는 웨어러블, 3차원 디스플레이 등, 실로 다양하지만 가상 현실(Virtual Reality, VR)과 증강 현실(Augmented Reality, AR)이 가장 주목을 받고 있는 응용 분야이죠.  이들을 위한 디스플레이들은 크게 마이크로 디스플레이나 MEMS 디스플레이라는 분류로 다룰 수가 있는데, 이 두가지 디스플레이 기술을 먼저 설명하고, 다음으로 개별 디스플레이 기술들을 정리하죠.  즉, MEMS 기반의 디지탈 미소 거울 소자(Digital Micro-mirror Device, DMD)를 적용한 디스플레이 엔진인 DLP(Digital Light Processor), LCD의 패밀리인 고온 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 LCD(High-Temperature PolySilicon thin film transistor LCD, HTPS TFT LCD)와 LCoS(Liquid Crystal on Silicon), '실리콘 위의 OLED,' OLEDoS(OLED on Silicon)를 소개합니다.  끝으로 향후 활발하게 적용될 마이크로 디스플레이(micro-display) 이야기까지 더하게 되면, 부족하나마, 현재에 이르기까지 단 한번이라도 사업화, 상용화가 시도된 디스플레이들은 섭렵할 것으로 기대가 됩니다. 즉, 이어지는 디스플레이의 소개는 다음과 같이 진행됩니다.

 

1) 직시형, 자발광 디스플레이에서 발광 원리에 따라서 음극 발광, 광 발광, 전계 발광, 그리고 원리 내에서는 영어 알파벳 순으로

    ~ CRT / FED / VFD, LED / OLED / TFELD, PDP, 그 외의 직시형, 자발광 디스플레이들

2) 직시형, 비자발광 디스플레이에서 영어 알파벳 순으로

    ~ EPD, LCD, 그 외의 직시형, 비자발광 디스플레이들

3) 투사형과 가상형 기기에 사용되는 디스플레이에서 마이크로 디스플레이와 MEMS 디스플레이 전반, 그리고 영어 알파벳 순으로

    ~ 마이크로 디스플레이, MEMS 디스플레이, DLP, HTPS-LCD / LCoS, OLEDoS, 그 외의 투사형과 가상형 기기의 디스플레이들

 

조금 더 미래를 바라보는 디스플레이, 즉, 양자점(Quantum Dot, QD) 디스플레이, 마이크로 LED, 홀로그램 등의 신선한 디스플레이들, 그리고 더욱 환상적으로 발전할 생김새(form factor) 위주의 기술들, 즉, 휘고(flexible), 말고(rollable), 접고(foldable), 늘리고 줄일 수 있고(stretchable), 생체친화적이며(biocompatible)투명하기도(transparent) 한 디스플레이, 그로 인하여 입고(wearable), 붙이고(attachable), 인체에 삽입할 수(implantable) 있는 전기 전자 기기들을 가능하게 할 수 있는 디스플레이들에 대해서는 본 연재의 후반부에, '가까운 미래의 디스플레이' 연재로 다루고자 합니다.  지금부터 소개되는 디스플레이들의 등장과 삶의 과정에 경의를 표하면서.

 

7. 디스플레이를 위한 센서, 눈 이야기

 

디스플레이의 영상은 빛이 되어 우리 눈으로 들어옵니다.  그래서 디스플레이의 원리와 작동 기구 등의 이야기를 풀어가기 이전에 눈에 관한 이야기부터 시작을 하려 합니다.  물론 디스플레이, 빛과 관련된 눈 이야기이죠.  눈은 빛에 반응하여 정보로 받아들이는 감각 기관입니다.  화면의 빛이 우리 눈을 향하여 오면, 먼저 각막(cornea)을 만납니다.  각막은 눈의 가장 바깥쪽에 위치하며, 빛을 굴절시킬 뿐만 아니라, 자극에 민감하게 반응하여 눈을 보호하는 역할도 합니다.  그리고 홍채(iris) 중앙에 있는 동공(pupil)의 크기에 의해 눈의 안쪽으로 들어가는 빛의 양을 조절하게 되죠.  동공을 통과한 빛은 수정체(crystalline lens)를 만납니다.  수정체는 볼록 렌즈 역할을 하며, 곡률, 즉 두께가 조절되면서 빛을 모아주는 방향으로 굴절시켜 망막에 초점이 맺히도록 합니다.  굴절된 빛은 유리체(vitreous humour)를 통과하여 망막(retina)에 도달합니다. 

 

망막은 눈의 가장 안쪽을 둘러싸고 있는 신경세포 층으로, 카메라의 필름에 비교됩니다.  즉, 망막에 있는 간상 세포(rod cell)은 빛의 밝기에 민감하게 반응을 합니다.  그리고 원추 세포(cone cell)은 0.1 lux 이상의 밝은 빛에 대해 주로 색깔을 감지하는 역할을 하죠.  간상 세포와 원추 세포는 각각 생긴 모양을 따른 이름입니다.  망막에는 대략 9,200만개의 간상 세포가 있으며, 1개의 광자에도 반응할 만큼 민감한데, 그 민감도는 원추 세포의 100배에 이릅니다.  반면에 빛에 반응하는 속도는 0.1초 정도로 원추 세포에 비해 느립니다.  따라서, 매우 약한 빛도 감지하는 대신에 빠르게 변화하는 빛을 쫓아가지는 못하죠.  간상 세포는 498nm 파장의 빛(초록색, 파란색)에 가장 민감하고, 640nm 이상의 파장은 감지하지 못하는 것으로 보고되었습니다. 

 

한편, 역시 망막에 있는 원추 세포는 색깔을 감지하는데, 600만개 정도가 있습니다.  원추 세포는 세종류로 나뉘는데, R 세포의 경우 564nm의 파장을 중심으로 노랑과 초록 사이의 빛에 민감합니다.  그리고 G 세포는 534nm의 중심 파장으로 청록과 파랑 사이의 빛에 민감하며, B 세포는 420nm의 중심 파장으로 파랑과 보라 사이의 빛에 민감합니다.  그리고, R 원추 세포가 감지할 수 있는 가장 긴 파장은 780nm이며, 이보다 긴 파장인 적외선은 눈으로 볼 수 없습니다.  또한 B 원추 세포가 감지할 수 있는 가장 짧은 파장은 380nm이며, 이보다 짧은 파장인 자외선 역시 눈으로 볼 수 없습니다.  이와 같이 눈으로 감지할 수 있는 대략 750nm ~ 380nm 파장 범위의 전자기파를 가시광선으로 부르고 있습니다.  세 종류의 원추 세포들의 감지 영역에서 두 종류가 초록 부근에서 겹쳐서 인간의 눈은 초록을 가장 잘 감지할 수 있죠.  간상 세포는 주로 야간 시각을 담당하며 명암의 차이에 민감하여 무채색을 감지합니다.  간상 세포가 손상되면 야맹증이 되죠.  반면에 원추 세포는 주로 주간 시각을 담당하며 색깔의 차이에 민감하여 유채색을 감지합니다.  원추 세포가 손상되면 법적인 맹인이 됩니다.  이와 같이 빛에 반응하는 세포들을 광수용 세포(photoreceptor)라 합니다.

 

그런데, 참 신기합니다.  우리가 750nm부터 380nm까지의 파장을 볼 수 있다면, 각 파장들을 구분하여서 인지하는 센서들이 많이 있어야 합니다.  0.1nm 단위로까지 인지할 수 있다면, 더 좋겠죠.  그렇지만 센서, 즉 원추 세포는 세종류뿐입니다.  연속적인 색은 커녕 무지개색보다도 적은 숫자이죠.  어떻게 세개의 센서로 가시광선의 모든 파장, 그렇게 다양한 색들을 구분할 수 있을까요.  세종류의 원추 세포들은 각각 주로 반응하는 영역들을 가지고 있지만, 임의의 파장에 대해서 최소 2개 이상의 원추 세포들이 함께 반응을 합니다.  예를 들어 500nm의 파장에 대해서는 R, G, B 원추 세포들이 모두 반응하며, 550nm의 파장에는 R과 G 원추 세포가 반응합니다.  이렇게 세종류의 원추 세포들의 반응 신호를 조합하면, 구분할 수 있는 색들이 보다 다양해집니다.  이런 방식으로 사람은 성장하여가면서 점점 더 많은 색들을 분별하게 됩니다.  서로 떨어져 있는 별개의 색은 수십종을 구분하게 되고, 색 감각이 아주 뛰어난 화가는 1500종까지도 구분을 합니다.  색들을 나란히 배열하고 그 차이를 분별하는 능력은 아주 뛰어나서 750만종까지도 가능하다고 합니다. 이런 경우, 각각에 이름을 붙이는 것이 불가능하여, 색을 수치로 표현하지요.  더 상세한 설명은 빛과 색이라는 주제로 준비를 하겠습니다.   

 

광수용 세포들인 간상 세포와 원추 세포가 받은 빛의 자극은 전기적인 펄스 신호, 즉 전류 펄스로 변환되고, 양극 세포(bipolar cell)와 시신경 세포, 즉, 시신경 섬유 다발들에 의해 모아진 후 뇌로 전달됩니다.  이와 같이 뉴런으로 불리는 신경 세포들은 끊임없이 점멸하는 전기적 신호를 뇌로 운반하며, 뇌에 전달된 전기적인 시각 정보는 뇌의 뒤쪽 영역인 후두엽에서 처리되고 영상으로 전환됩니다.  이제 인간의 눈을 고려한 빛 이야기로 이어져야겠지요.

 

8. 빛에 관하여

 

일상에서의 빛은 가시광선, 물리학에서의 빛은 모든 파장에서의 전자기파로 익숙합니다.  조금 더 들어가면, 고전 물리학에서의 빛은 파동성을 갖는 전자기파, 양자 물리학에서의 빛은 입자의 특성까지 더해진 이중성을 갖죠.  다만, 디스플레이의 빛을 설명하는 데에는 가시광선으로도 충분합니다.  가시광선의 경우, 사람과 환경에 따라 조금씩 다를 수도 있으므로 좁은 범위에서는 420nm ~ 680nm, 넓은 범위에서는 380nm ~ 800nm 정도로 논의되며, 저는 습관적으로 380nm ~ 720nm로 생각합니다.  이러한 가시광선 덕분에 우리는 사물을 볼 수 있죠. 

 

빛의 특성을 살펴볼까요?  빛은 직진성이 있습니다.  빛은 언제나 공간상의 가장 짧은 거리를 택하여, 초속 30만km로 진행합니다.  중력에 의해 빛이 휘어질 때에도 실은 공간이 휘어질 뿐 빛의 직진성은 유지됩니다.  다만, 빛은 다른 매질로 들어갈 때 꺾어지기도 합니다.  이를 굴절(refraction)이라고 하며, 스넬의 법칙(Snell’s law)으로 설명됩니다.  물론 빛은 매질을 통과하기도 반사(reflection)되기도 하며, 또한 흡수되기도 합니다.  이는 빛의 에너지와 매질의 금지대폭(band gap)간의 관계로도 설명됩니다. 빛이 좁은 틈을 통과하게 되면 빛의 파동이 그 뒤편으로 전달되며 퍼지는 현상이 생기는데, 이를 회절(diffraction), 우리말로는 ‘에돌이’라고 하죠.  회절은 빛이 장애물을 만나면 일어나는 다양한 현상들로, 빛뿐만 아니라 물결파, 음파 등 모든 파동에서 일어납니다.  다만, 파장이 틈의 간격에 비해 클수록 더 많이 일어나게 되죠.  두 개 이상의 빛이 만나게 되어 발생하는 간섭(interference) 현상도 회절의 일종으로 보기도 합니다.  간섭이 일어난 빛은 상쇄, 혹은 소멸(destructive)되기도, 보강(constructive)되기도 하죠.

 

다음으로 빛을 생성하는 광원을 보죠.  빛을 내는 방식에는 2가지가 있습니다.  즉, 열 방사(thermal radiation)과 발광(luminescence)이죠.  열 방사는 물체의 온도가 올라가면 빛이 만들어지는 현상입니다.  예를 들어 태양의 표면 온도는 6,000K 정도로 가시광선이 많은 전자기파를 발생하며, 이보다 온도가 낮은 백열등에서 나오는 전자기파는 10% 정도가 가시광선이고 나머지는 적외선 영역입니다.  보통 흑체 방사 스펙트럼이라는 표현을 쓰는데, 흑체(black body)는 외부로부터 오는 빛을 완전히 흡수하였다가 다시 방출하는 물체이며, 실존하지 않는 가상형 물체이기도 하지만, 흑체와 유사한 물질들은 종종 있습니다.  밤하늘의 별들이 대표적이죠.   흑체 방사 스펙트럼이란 이런 흑체의 온도 변화에 따라 방출되는 빛의 스펙트럼을 말하며, 낮은 온도에서는 적외선 영역의 빛이 나오고, 온도가 올라갈수록 짧은 파장쪽으로 이동하여 파란색, 그리고 자외선 영역으로 들어갑니다.  즉, 빨간색보다 파란색의 불이 더 뜨겁죠

 

그리고 발광은 높은 온도 상태가 아니라, 낮은 온도에서도 외부로부터 공급된 에너지가 빛 에너지로 변환되는 것을 의미합니다.  공급 에너지로 인하여 물질을 구성하는 원자들이 여기(excitation)되었다가 다시 원래 상태로 돌아오면서 빛을 만들어내죠.  이러한 발광(light emission) 현상은 여기 에너지에 따라 다양하게 구분되며, 특히 음극선, 전기장, 광자 에너지를 사용한 경우를 각각 음극 발광(CL), 전계 발광(EL), 그리고 광 발광(PL)이라고 하며 디스플레이의 동작 원리로 소개한 바가 있습니다.  발광은 다시 2가지로 구분되는데, 형광(fluorescence)과 인광(phosphorescence)입니다.  즉, 전자가 에너지를 받아 높은 에너지 준위로 올라갔다가 바로 낮은 준위로 내려오면서 빛을 내는 것이 형광이고, 높은 준위로 올라간 전자가 또 다른 높은 준위로 이동 후 낮은 준위로 내려오면서 빛을 내는 것이 인광입니다.  형광의 경우 에너지 방출 시간이 마이크로, 나노 초 정도로 매우 짧은 반면에 광의 경우는 밀리 초, 혹은 수 초 이상으로 긴 편입니다.  이 외에도 자연에서 얻을 수 있는 생물, 화학 발광원들, 즉, 반딧불이나 플랑크톤 등도 흥미로운 광원들입니다.

 

이제 빛의 옛날 이야기를 해볼까요?  현재에 이르기까지.  기원전 그리스와 헬레니즘 시대의 학자들, 그리고 1600년대의 물리학자이자 철학자인 르네 데카르트 등이 빛에 관한 이야기를 풀어왔으며, 1700년 전후에 영국의 물리학자이자 수학자인 아이작 뉴턴이 빛에 대한 체계적인 실험과 결과를 발표하며 학술전인 토론의 불을 당겼습니다.  그는 빛의 회절, 스펙트럼 등 흥미있는 실험과 더불어 빛의 입자설을 주장하였습니다.  그리고, 호이겐스로 더 쉽게 불리어지는 네덜란드의 과학자 크리스티안 하위헌스는 1690년에 발표된 빛에 관한 논문에서, 빛의 파동설과 함께 빛의 전달 매질로 우주 공간에 있는 ‘에테르’라는 물질을 제시합니다.  지금은 없는, 아니 있지도 않았던 물질이죠.  그는 빛이 서로 교차할 때 입자라면 충돌로 인하여 왜곡되겠지만, 그렇지 않는다는 점으로 빛의 파동성을 강조하죠.  사실, 입자설과 파동설은 학술적 근거보다도 명성에 의해 우세가 결정되었죠.  당연히 뉴턴 쪽으로.  그러다가 19세기에 영국의 과학자인 토머스 영이 빛의 간섭에 관한 실험 결과를 발표하면서 입자설에 관한 확실한 반론을 제시하죠.  즉, 두 파동이 중첩되면서 보강 간섭과 소멸 간섭이 일어나고 줄무늬를 만드는 현상입니다.  1803년, 런던 왕립 학회에서 발표된 실험 결과는 학계의 권위에 부딪쳐 가로막히나, 1818년, 프랑스의 물리학자 프레넬의 빛의 회절 현상에 관한 논문과 1850년, 역시 프랑스의 물리학자, 레옹 푸코가 빛의 속도를 측정하면서 토머스 영의 파동설이 받아들여집니다.  레옹 푸코는 지구의 자전을 실험으로 증명한, 움베르토 에코의 소설 ‘푸코의 진자’, 그 푸코가 맞습니다.

 

1845년에 영국의 과학자 마이클 패러데이는 빛과 전자기와의 연관성을 제시하였고, 1867년, 영국 과학자 맥스웰은 전기와 자기의 인연, 즉, 둘의 상호 관계에 의해 파장, 즉 전자기파가 발생되고, 그 속도가 빛의 속도와 일치함을 확인합니다.  그는 전자기파가 빛이라는 점을 증명하였고, 이로써 빛의 파동설은 더욱 확고해집니다.  또한 그는 여러 전자기 이론들을 수식적으로 정리한 맥스웰 방정식으로 전자기학의 토대를 마련하죠.  아인슈타인은 맥스웰의 성과에 대해, ‘뉴턴 이래로 가장 훌륭한 업적’으로 평한 바가 있습니다.  아인슈타인은 상대성 이론이 아닌 광전 효과로 노벨 물리학상을 받았죠.  그런데, 광전 효과는 1887년에 독일의 물리학자 헤르츠가 발견하였습니다.  주파수의 단위로 사용되는 헤르츠, 전자기파의 존재를 실제로 증명한 그 헤르츠가 맞습니다.  다만, 그 당시에는 광전 효과를 파동 현상의 하나로 생각했죠.  그런데 빛에 의해 방출되는 전자들의 수가 빛의 세기가 아닌 진동수에 비례하며, 전자가 방출되기 시작하는 임계 진동수가 있다는 점은 빛의 입자, 즉, 광자의 존재로서만 설명이 가능합니다.  결국, 아인슈타인은 빛의 입자설을 다시 부활시킵니다.  그는 빛의 입자와 파동의 2중성, 이를 통하여 양자역학의 시작을 알리며, 1922년에 노벨 물리학상을 수상합니다.

 

이후로, 빛에 관한 입자와 파동, 그 2중성은 지금까지 내려오고 있습니다.  빛을 떠나서, 존재하는 모든 물질은 입자성과 파동성을 가집니다.  우리의 일상에서는 한쪽 특성만 확연하게 드러날 뿐이죠.  독일의 물리학자 막스 플랑크는 1900년에 플랑크 상수와 복사 법칙을 연이어 발표하면서 양자(quantum)라는 개념을 최초로 정의하였고, 프랑스의 물리학자 루이 드 브로이는 1920년대, 즉, 양자역학의 개척 시대에 플랑크 상수를 기초로 물질파 개념을 발표하며, 전자는 입자일 뿐만 아니라 파동임을 제시합니다.  이는 양자역학의 입자와 파동의 2중성 개념에 결정적인 영향을 주게 되죠.  1927년, 미국의 물리학자인 데이비슨은 전자의 파동성, 즉 회절 현상을 발표함으로써 빛을 포함한 물질의 2중성에 쐐기를 박게 됩니다.  결국 빛은 입자와 파동입니다.  광자들의 움직임이며, 전자기파입니다.  지금까지의 디스플레이 원리나 기술은 파동으로써의 빛이 더 편했습니다만, 양자점(Quantum Dot, QD)을 활용하는 디스플레이가 활발해지면서 입자로써, 그 2중성으로써 이야기를 풀어갑니다.

 

9. 파동, 전자기파

 

빛은 전자기파입니다.  그리고 전자기파는 파동들 중의 하나일까요?  물리학에서의 파동(wave)은 일반적으로 운동이나 에너지가 매질을 통하여 전달되는 현상입니다.  에너지는 시간이 지나면 공간으로 퍼져가지만, 매질 자체는 운동을 매개할 뿐 이동하지 않습니다.  매개는 중간에서 양측의 관계를 이어준다는 뜻이죠.  전자기파는 매질이 없이 전달됩니다.  그리고 양자역학에서의 파동성은 모든 물질의 기본적인 성질이며, 매질이 없이 정의되는 기본 개념이기도 하죠.  그래서 파동을 ‘임의의 물리량이 주기적으로 변하면서 그 변화가 공간을 따라 전파되는 것’으로 표현함이 적절합니다.

 

파동을 분류하는 법도 다양하죠.  먼저 매질 유무를 보면, 수면파, 음파, 지진파 등은 매질을 필요로 하며, 이를 역학적 파동으로 구분합니다.  이에 대응하는 것이 전자기 파동, 즉, 전자기파이며 이는 매질이 없이 진행합니다.  가시광선을 중심으로 파장이 짧은 자외선, X 선, 감마선 등과 파장이 긴 적외선 마이크로파, 라디오파 등이 여기에 속하죠.  우리가 흔히 ‘빛’이라 함은 가시광선을 말하기도 하고, 넓게는 전자기파 전영역을 의미하기도 합니다.  진동 방향에 따른 분류도 가능한데, 진행 방향과 수직으로 진동하는 파를 횡파(transverse wave)라 하며, 전자기파, 현의 파동, 지진의 s파 등이 이에 해당하죠.  종파(longitudinal wave)는 진행 방향과 나란하게 진동합니다.  예를 들어 음파가 대표적이며, 지진의 p파 등이 있습니다.  이 외에도 파동의 전진 여부, 파면의 형상 등에 따른 분류도 가능합니다.

 

따라서 전자기파는 매질이 필요없는 전자기 파동이며, 전기장과 자기장이 진행 방향에 대해 수직으로 진동하면서 진행하는 횡파입니다.  두 개의 장은 수직으로 위치하고, 진공 내에서는 빛의 속도를 가지죠.  이러한 전자기파는 진동수가 크거나 작은 순서에 따라 스펙트럼을 이루며, 감마선, X 선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파 순으로 파장은 길어지고 진동수는 짧아집니다.  즉, ‘파장 = 빛의 속도/진동수’의 관계를 따르죠.  전자기파의 양자(quantum, 에너지의 최소 단위)는 광양자(light quantum), 혹은 광자(photon)이며, 광자는 질량은 없지만 중력의 영향은 받습니다.  즉, 양자역학에서 전자기파는 광자들로 이루어지며, 광자들의 에너지는 각각 양자화가 되어있고, 진동수가 클수록 에너지도 커집니다.  이는 플랑크 방정식인 ‘에너지 = 플랑크 상수 x 진동수’로 표현되죠.  예를 들어 감마선의 광자는 가시광선의 광자보다 10만배가 큰 에너지를 전달합니다.

 

한때는 가시광선만 빛이라고 생각했지만, 이제 빛은 전자기파의 모든 영역으로 받아들이고 있습니다.  그리고 파장 대역별로 구분, 분류하고 있으며, 짧은 파장 대역은 광자의 에너지를 이용하여 깊이 침투하거나 대상을 투과하는 검사나 의료 분야, 긴 파장 대역은 파동의 전달을 주로 이용하여 손실이 없이 멀리 나아가는 통신 분야 등 다양한 분야에 걸쳐 인류의 생활에 더욱 큰 도움을 주고 있습니다.  이를 간단히 정리하여 보죠.

감마선은 대략 10pm 이하의 파장으로, 원자핵 내의 에너지 변화에 의해서 방출되며 파장이 가장 짧고 에너지는 가장 높습니다. 우리가 잘 아는 마블 코믹스의 만화 캐릭터인 헐크를 탄생시킨 전자기파이죠.  실제로 이 감마선은 방사선 효과 연구나 의료 분야의 연구에 사용됩니다. X 선은 대략 10pm~10nm 범위의 파장으로, 1895년, 뢴트겐이 발견하였죠.  처음 발견 당시에는 원인을 규명할 수 없다는 뜻으로 X 선이라고 명칭하였는데, 지금은 의료용 영상 촬영이나 물체의 비파괴 검사등에 활발히 사용되고 있습니다.  자외선은 대략 1nm~400nm 범위의 파장으로, 보라색 가시광선을 넘어서서는 빛, UV(UltraViolet)라고 부릅니다.  피부가 그을리는 원인이 되고, 피부암을 유발하기도 하지만, 살균 작용이 강하여 일상에서 세척용으로 유용하게 이용됩니다.  가시광선은 대략 380nm~750nm 범위의 파장으로, 눈으로 볼 수 있는 빛입니다.  이를 통하여 일상에서 사물, 자연 등의 모양과 색을 인지할 수 있으며, 디스플레이의 영상도 즐길 수 있죠.

 

적외선은 대략 780nm~1mm 범위의 파장으로, 긴 파장쪽에서 보면 빨간색 가시광선의 안쪽, IR(InfraRed)로 부르며, 열 작용이 강하여 열선(thermal light)으로도 불리웁니다.  가시광선 쪽으로부터 볼 때, 근전외선, 중적외선, 원적외선으로도 구분하지요.  열을 지닌 물체의 탐지, 근육의 치료, 레이저 빔, 가시 광선이 없는 환경에서는 영상 센서 등 다양한 분야에서 사용중입니다.  마이크로파는 대략 1mm~1m 범위의 파장으로 생활에 밀접한 가전 기기, 전자레인지, 휴대폰, 그리고 여러 통신 분야, 레이더 등에 이용되며, 주파수 대역으로는 범위는 1~300GHz 정도에 해당합니다.  라디오파는 대략 1m~수천km 이상의 파장으로 에너지가 낮은 대신에 잡음에 강해 멀리까지 전파되어 라디오나 TV 등에 활용됩니다.  이제는 전자기파 중에서도 극히 일부이며 디스플레이와 직결되는 빛, 가시광선으로 이야기 범위를 좁혀가보죠. 

 

10. 햇빛, 가시광선 이야기

 

가시광선, 한문 풀이 그대로 ‘볼 수 있는 빛’, 즉, 인간의 눈으로 볼 수 있는 전자기파 영역으로, 대략 750nm부터 380nm까지의 파장 대역(RGB 순서로)입니다.   그리고, 녹색에 해당하는 555 nm에서 가장 잘 보이죠. 지구에 도달하는 햇빛의 절반 정도는 가시광선이고 나머지 절만은 적외선과 자외선입니다.  한낮의 해는 너무 밝아서 색을 분간하기가 어렵지만, 프리즘을 통과하면서 무지개 색을 드러냅니다.  물론 비가 그친 후, 대기에 남아있는 작은 물방울들도 프리즘 역할을 하죠.  아이작 뉴턴은 빛을 빨-주-노-초-파-남-보, 7가지 색으로 구분하였는데, 그가 살던 시기에는 7(seven)이 완전한 수였다고 합니다.  실로, 이보다 더 잘게 나눌 수도 있지만, 여기서는 남색을 파랑과 보라가 나누어 포함하도록 하여, 6개로 구분, 색과 파장, 그리고 이를 진동수와 광자의 에너지로 환산한 값들을 적어보죠.  빨강은 750~620nm(656nm, 가장 강하게 느끼는 파장) 구간으로, 진동수는 400~484Hz, 광자 에너지는 1.60~2.00eV이고, 주황은 620~590nm(600nm) 구간으로, 진동수는 484~508Hz, 광자 에너지는 2.00~2.10eV이며, 노랑은 590~570nm(587nm) 구간으로, 진동수는 508~526Hz, 광자 에너지는 2.10~2.17eV입니다. 초록은 570~495nm(555nm) 구간으로, 진동수는 526~606Hz, 광자 에너지는 2.17~2.50eV이고, 파랑은 495~450nm(454nm) 구간으로, 진동수는 606~668Hz, 광자 에너지는 2.50~2.75eV이며, 보라는 450~380nm(410nm) 구간으로, 진동수는 668~789Hz, 광자 에너지는 2.75~3.26eV입니다. 가시광선 영역의 모든 파장을 다시 합하여서 보면 흰색으로 나타납니다. 

 

당연히 동물들도 빛을 볼 수는 있죠.  파장 대역이 인간과는 약간 다를 뿐입니다.  예를 들면, 벌은 꿀을 가지고 있는 꽃을 찾기에 유리한 자외선 대역을 볼 수 있고, 개와 고양이, 역시 자외선을 일부 볼 수 있는 것으로 보고된 바 있습니다. 그렇지만 넓고 넓은 전자기파의 파장 영역에서 인간과 동물들이 볼 수 있는 파장대는 아주 좁은 가시광선 영역에 불과합니다.  그 이유는 태양의 흑체 복사, 즉, 방사(복사) 에너지에서 찾아야 할 듯 합니다.  태초에 지구의 전자기파는 대부분 태양으로부터 얻어졌으며, 태양의 방사 에너지 스펙트럼은 250nm에서 2,500nm까지의 범위에 있으며, 특히, 가시광선 파장 대역에서 가장 높습니다.  이는 지구상에서 빛으로 얻을 수 있는 정보들의 파장 대역입니다.  즉, 지구에는 자외선, 가시광선, 그리고 적외선 영역이 존재하였고 나머지 파장 영역은 감지할 이유가 없었죠.  그래서 본래에 포유류들은 자외선까지도 볼 수 있는 4가지 색각을 가졌는데, 중생대를 지나면서 야행성으로 살아갔고, 이 환경에서 2가지 색각이 퇴화되어 적록 색맹이 되었답니다.  신생대가 되어 포유류들이 살기가 좋아지면서, 특히 나무 위에서 생활하였던 영장류는 열매들을 찾고, 또 잘 익었는지를 판단하는 능력이 중요해졌고, 염색체 변이를 통해 눈이 진화되면서 다시 3색각을 가지게 되었다는데, 이로써 영장류는 대부분 세가지 색을 감지하는 능력이 있죠.  외려 인간이 3색각의 유용성에 대한 절실함이 떨어져, 다른 유인원들보다도 색맹이 많은 편이랍니다.  자외선 영역의 빛은 각막에서 차단되어 망막에는 거의 이르지 못하는데, 각막을 제거하면 청백색을 느끼게 되며, 이는 3종류의 원추 세포들이 비슷한 감도로 자외선에 반응하기 때문이지요.

 

한낮의 해는 너무 밝아서 눈으로 볼 수 없지만, 떠오르는 해, 지는 해는 우리가 감상할 수 있습니다.  즉, 정오의 햇빛은 대기층을 수직으로 관통하지만, 일출과 일몰에서의 햇빛은 더 긴 거리의 대기층을 지나서 우리에게로 오죠.  대기층의 두께를 100km로 가정하고, 여기에 지구 반지름인 6,371km를 고려하여 계산해보면 지평선에 걸친 해로부터 오는 빛은 1,100km에 이릅니다.  정오의 햇빛에 비해 일출이나 일몰의 햇빛이 11배나 두꺼운 대기층을 통과합니다.  그러면서 빛은 공기 분자들에 의하여 산란도 되고 흡수도 됩니다.  당연히 우리 눈으로 오는 빛의 세기는 감소하며, 파장이 길수록 산란이 되는 정도가 덜하여 붉게 떠오르는 태양, 그리고 검붉은 황혼이 됩니다.   

 

햇빛은 대기층을 통과하는 동안 무수히 산란이 되며 산란된 빛들은 사방으로 퍼져 나가면서 하늘을 또 하나의 조명으로 만듭니다.  그리고 파장이 짧은 빛은 더 많이 산란하게 되고 결국은 더 멀리까지, 하늘 전체로 퍼져나가죠.  이를 설명하는 이론이 ‘레일리 산란(Rayleigh scattering)'입니다.  빛의 파장보다 훨씬 작은 입자들에 의한 빛의 산란을 설명하는 이론이죠.  햇빛은 수백nm의 파장, 공기 분자의 크기는 1nm에도 못 미칩니다.  결과만 보면, 빨간색 빛에 비해, 파란색 빛은 3.5배 더 산란이 됩니다.   그래서 맑은 날, 구름 없는 하늘은 끝도 없는 파란색입니다.  구름을 이루는 수많은 작은 물방울의 크기는 가시광선 파장의 수십배에 이릅니다.  이 경우에는 가시광선의 모든 빛들이 별 차이가 없이 산란이 됩니다.  구름이나 안개가 하얀 이유이죠.  그리고 구름의 색깔을 통하여 햇빛의 색깔도 하얀색임을 알 수 있습니다.

 

11. 빛과 색, 그리고 디스플레이의 화소

 

빛에서 색이 만들어지는 과정을 생각해보죠.  먼저 모든 색깔을 포함한 햇빛이나 혹은 조명으로 나온 하얀 빛이 사물에 닿고, 이로부터 특정 파장의 빛이 반사가 되어 눈으로 들어오면 우리는 그 파장에 해당하는 색을 느끼게 됩니다.  모든 빛을 반사하면 하얀색, 반사되는 빛이 없을 경우, 모든 빛을 투과하면 투명, 흡수하면 검은색으로 느끼죠.  햇빛은 하얀색이지만, 만일 광원이 하얀색이 아닌, 특정 색을 가진 빛을 내는 경우에는 물체의 색도 변합니다.  빛을 만든다는 의미에서는 디스플레이도 광원입니다.  다만, 물체를 비추기 위한 빛이 아니라, 우리가 보고 정보를 얻기 위한 빛, 영상을 만들어내죠.  그리고 디스플레이는 원색을 만드는 것에서 시작합니다. 

 

원색(primary color)은 색을 혼합하여 모든 색들을 만들 수 있는, 서로 독립적인 색을 말합니다.  독립적이라 함은 서로가 서로를 절대 만들 수 없음을 의미합니다.  즉, 3원색의 경우, 2개의 색을 혼합하여도 남은 1개의 색을 만들 수 없다는 의미가 되죠.  빛의 3원색은 빨강(R), 초록(G), 그리고 파랑(B)으로 가산 혼합(additive color mixture)에 해당합니다.  즉, 색들을 혼합하여 섞을수록 더 밝아집니다.  반대로 색의 3원색은 섞을수록 더 어두워지는 감산 혼합이죠.  참고로, 주황, 보라, 노랑도 다른 색들을 조합해서 만들 수 없지만, 시각 기관이 RGB 파장에 민감하게 반응하기 때문에 이를 빛의 3원색으로 정의합니다.  

 

그리고, 디스플레이는 RGB 3원색의 가산 혼합으로 서로 다른 색들을 만들어가며, 이는 화면의 기본 단위인 화소에 해당합니다.  화소는 한문으로 그림 단위이며, 그림의 picture와 단위의 element, 즉, picture element로부터 픽셀(pixel)이라는 단어가 나오게 되죠.  그리고 RGB 화소 안에서 R 영역과 G 영역, 그리고 B 영역을 따로 구분하여 부화소(sub-pixel)이라고 합니다.  간혹 밝기를 증가시키기 위해 하얀색을 내는 W(white) 부화소가 추가되기도 합니다.  각 부화소들에서 나오는 RGB의 밝기를 조절하면서 다양한 밝기를 다양한 색들을 만들어내죠.  그리고 이러한 화소들이 2차원적으로 배열되어 모자이크처럼 영상을 구현합니다. 

 

이러한 개념으로 그려진 그림도 있죠.  19세기 후반의 점묘화 기법(pointillism)으로, 작은 점들을 찍어서 그림으로 표현하였습니다. 조르주 쇠라와 파울 시냐크 등 대표적인 화가들이죠.  여기에서도 화소의 개념을 알 수 있습니다.  만일 디스플레이 화면의 크기가 같다면, 화소의 수가 많을수록 화소의 크기가 작아지면서 영상을 더욱 섬세하게 표현할 수 있겠죠.  그래서 디스플레이의 해상도는 화수의 수로 결정이 됩니다.  즉, 동일한 면적에 얼마나 많은 화소들이 포함되느냐가 고해상도의 중요한 척도가 되는 것입니다. 이는 PPI(Pixels Per Inch)로 확인이 가능한데, PPI는 1인치 안에 들어오는 화소의 수를 의미합니다.  PPI가 높을수록 표현할 수 있는 화소 수가 많아지고 더 세밀한 이미지 표현이 가능해지죠.  결국 디스플레이에서는 RGB 3원색을 내는 3개의 부화소들이 모여서 화소를 이루고, 이 화소들이 2차원적으로 모여서 화면을 만들어냅니다.  부화소들 각각은 독립적으로 구동되면서 서로 다른 밝기의 RGB 색을 만들고, 화소는 세개 부화소들의 색들이 가산 혼합되면서 다양한 색을 만들어 내며, 화소마다 만들어지는 다양한 밝기, 다양한 색들이 모여서 화면에 영상을 구현하죠.  이제 화면 위의 화소들, 몇개의 색을 얼마나 만들 수 있는지, 전기 광학적으로 어떻게 구동되는지 살펴봅니다.

 

12. 화소가 만드는 색, 색의 수

 

흑백 디스플레이는 블랙과 화이트 2개, 혹은 둘 사이의 밝기를 변화시켜가며 몇 개의 그레이만을 표현하고, 디자이너가 사용하는 디스플레이는 수십억개의 색을 표현하기도 합니다. 디스플레이가 얼마나 많은 색상을 표현할 수 있는지를 나타내는 수치가 색심도(color depth), 즉 색의 깊이이며, 표현 단위로는 비트(bit)를 사용합니다.  일반적으로 색심도가 낮은 디스플레이는 색과 영상이 자연스럽지 못하고, 색심도가 높은 디스플레이일수록 화면이 다양하고 자연스러운 색과 영상을 표현할 수 있습니다.  

 

색심도의 단위인 비트의 개념부터 보겠습니다.  기본적으로 비트는 0과 1로 이루어진 디지털 정보 단위입니다. 일반적으로 0은 꺼짐(off)을, 1은 켜짐(on)을 뜻하죠.  먼저 흑백 TV를 예로 들어보면, 화소를 표현할 때 검은색을 0, 흰색을 1이라고 가정하면 이 디스플레이는 화소마다 흑과 백, 2가지 색의 선택이 가능해지죠.  비트는 2진법 개념이므로 숫자 2의 제곱수를 비트수로 이해하면 됩니다.  즉, ‘2의 1제곱 = 2’이므로 두가지 색상을 표현할 수 있다는 뜻이며, 따라서 흑백 TV는 색심도가 1비트인 디스플레이입니다. 

 

이번에는 컬러 TV로 설명해보죠.  컬러 TV는 일반적으로 R, G, B, 3가지 원색을 부화소로 두고 이들의 조합을 통해 색을 표현합니다.  그러므로 기본적으로는 R이 켜지면 1, 꺼지면 0으로 놓는 2가지 옵션이 있다면 G와 B 또한 각각 2가지 옵션을 가질 수 있습니다.  이렇게 되면 ‘2의 3제곱 = 8’이 되면서 8가지 색상의 조합을 만들 수 있죠.  부화소의 비트로는 1비트이며, 화소의 비트로는 3비트가 되는 것입니다.  이때 색이 표현되는 방식을 2진법으로 설명해보면 부화소 R=1(켜짐), G=0(꺼짐), B=0(꺼짐)으로 놓으면, 이 픽셀은 빨간색이 됩니다. R=1, G=1, B=1로 놓으면 하얀색이 되고, R=1, G=1, B=0으로 놓으면 R과 G가 섞인 노란색이 됩니다. 모든 부화소를 0으로 놓으면 검은색이 되겠죠. 

 

단순히 원색만 존재할 경우에는 위와 같이 화소당 3비트, 곧 8가지 색으로만 표현하겠지만, 부화소들은 각각의 원색들마다 여러 단계로 ‘짙음’과 ‘연함’을 나눌 수 있습니다.  이를 계조(gradation)라 합니다.  ‘계조’란 사전적 의미로 ‘이미지에서 농도가 가장 짙은 부분에서 가장 옅은 농도까지의 농도 이행 단계’인데, 쉽게 설명하면 가장 어두운(짙은) 부분과 가장 밝은(연한) 부분을 동일 간격으로 나누어 표현하는 정도를 의미합니다.  즉, 계조가 클수록 많은 색을 표현할 수 있으므로 색이 더 자연스럽게 표현됩니다.  예를 들어 3개의 부화소들, 즉 각각의 RGB 3원색에 대해 3비트의 색심도를 적용하면, 각각의 계조는 ‘2의 3제곱 = 8’이 되고, 화소가 표현할 수 있는 색의 수는 ‘2의 3제곱 x 2의 3제곱 x ‘의 3제곱 = 2의 9제곱 = 512개’가 됩니다.  같은 계산으로 부화소의 색심도가 8일 경우에는 부화소의 계조는 256이 되고, 화소가 만들 수 있는 색은 16,777,216개가 되죠.  즉, 화소가 만들 수 있는 색의 수는 ‘2의 R 비트수 제곱 x 2의 G 비트수 제곱 x 2의 B 비트수 제곱’으로 계산됩니다.  제품을 예로 들어보면 S사의 ‘HDR10’은 색심도로 부화소 기준 10비트, ‘돌비 비전’은 부화소 기준 12비트의 규격입니다.  이때, ‘HDR10’은 1,073,741,824, 약 10억가지의 색을 표현하고, ‘돌비 비젼’은 68,719,476,735, 약 68억가지 색을 표현할 수 있습니다.   참고로, 현재 대부분의 TV, 모니터, 스마트 폰 등의 디스플레이들은 부화소 8비트, 화소 24비트의 색심도를 가지며, 256계조로 약 1,677만 컬러를 표현합니다. 

 

색심도에 따라 계조를 구현하는 방식, 즉, 밝기를 등분하는 방법은 디스플레이마다 다르나 크게는 전압이나 전류 변화로 화소의 밝기를 조절하며, 이로써 구동 방식이 결정되죠.  LCD는 전압 구동형으로 전압을 변화시키면서 부화소들의 밝기를 조절하며, OLED는 전류 구동형으로 전류 변화로 밝기를 조절합니다.  이와 같이 부화소들의 밝기가 조절이 되고, 따라서 화소들의 밝기와 색이 독립적으로 조절되면서 디스플레이의 화면에는 다양한 영상들이 표현됩니다.

 

13. 기다려지는 디스플레이들

 

지금까지 소개한 디스플레이들은 제품이 시장에 등장, 한 시기를 풍미하다가 사라진 디스플레이들, 발전과 진화를 거치면서 여전히 존재, 혹은 성장하고 있는 디스플레이들입니다.  그 다음 이야기로, 지금은 개발 단계로 수년 정도의 시간이 흐른 뒤 제품으로써 시장에 진입할 가능성이 높은 디스플레이들, 그리고 기존 혹은 등장할 디스플레이들의 발전과 진화 형태를 예측하여 보고자 합니다.  10년 이후의 디스플레이 기술, 제품들에 관한 상상과 예측은 범위를 벗어납니다.  저자가 현역에 있을 시간은 7년여가 남았으니까요.

 

먼저, 현재 기술적으로는 가장 앞서고, 시장에서는 LCD와 겨루고 있는 OLED를 보죠.  OLED는 2,000년대 초반에 모바일 기기로 시장에 본격적으로 등장한 이래로, TV에 이르기까지 질풍노도의 속도로 발전하여 왔습니다.  색깔과 해상도로 대표되는 성능은 물론, 소비 전력, 가격과 같은 경제적인 장애도 훌쩍 넘었고, 지금은 휘고, 접고, 말 수 있는, 즉 생김새(form factor)에서 일대 전환을 이루어 접는 폰(foldable phone)과 말 수 있는 TV(rollable TV)까지 시장에서 볼 수 있습니다.  기술적인 면에서 볼 때, 발광 방향은 후면 발광에서 전면 발광, 그리고 양 방향 발광이 가능한 투명 디스플레이까지 진화 중이며, OLED가 만들어지는 기판은 딱딱한 유리에서 유연한 플라스틱에 이르기까지 선택의 폭이 넓어졌습니다.  OLED 소재도 효율 면에서 불리한 형광(fluorescence) 소재에서 효율이 높은 인광(phosphorescence)로 급격히 전환되고 있으며, 제작 과정은 이미 확보되어 있는 진공 증착 기반의 건식 공정(dry process)에 더하여 프린팅 방식을 중심으로 한 습식, 혹은 용액 공정(soluble process)도 개발 중입니다.

 

물론, OLED가 가는 길에 장애물이 없는 것은 아닙니다.  예를 들어 대면적, 고해상도로에서 기존의 백색 OLED에 갈라 필터를 덧댄 방식(White OLED, WOLED)이 아닌 독립적인 RGB 부화소들로 패터닝된 방식(RGB OLED)을 구현하는 FMM(Fine Metal Mask) 공정, 상부 발광, 혹은 투명 OLED에 쓰일 수 있는 투명하면서도 전기 전도도가 높고 일함수 매칭이 원활한 음극 제조, 형광 재료들에서 인광 재료로의 완전한 대체, 용액 공정이 가능하며, 미세 패턴을 구현할 수 있는 잉크 소재와 패터닝 방법 등이 선뜻 생각납니다.  이에 더불어 점점 더 용용 영역을 넓혀가는 플라스틱 OLED, 즉, 혹은 휘고 접고 말 수 있는 OLED의 완전한 구현과 관련된 기술적 이슈들, 즉, 기존의 폴리이미드 바니쉬 공정보다도 쉽고 경제적인 공정이 가능한 일반 플라스틱 기판의 적용, 숱한 변형에도 특성을 유지하는 유연, 투명 전극들, OLED의 변형 자유도에 지장을 주지 않은 박막 봉지 기술, 이러한 기술들을 통하여 OLED를 생산할 수 있는 최적의 솔루션, 롤투롤(Roll-to-Roll, R2R) 제조 방법 등도 넘어야 할 장벽입니다.  그럼에도 불구하고 OLED는 이제 완성형에 가까운 디스플레이임은 자명하죠.

 

다음으로 당장, OLED TV와 전쟁을 치르고 있는 QLED TV, 과연 QLED란 용어가 적절한지에 대한 논란도 있습니다.  정확히 말하자면, 지금의 QLED는 기존의 LCD에 양자점(QD)을 적용한 BLU(Back Light Unit)를 활용하고 있는 기술입니다.  물론 양자점의 적용 방식도 나날이 발전하고 있죠, 예를 들어, QDEF(Quantum Dot Enhancement Film), QDOG(Quantum Dot on Glass), 그리고 QDCC(Quantum Dot color Conversion) 등으로.  다만, 이는 어디까지나 LCD의 진화형이며, LED 광원으로 작동하는 광 발광(PL) 현상을 이용한 방식입니다.  진정한 QLED는 후면 광원이 사라지고, 순수한 전계 발광(EL)으로 동작하는 방식으로 이 기술의 완성에는 앞으로도 수 년 정도가 걸릴 듯 합니다.  따라서 지금은 OLED로 성장하는 시기인데, 어른이 되면 불려질 이름을 미리 사용하는 것이 맞고 틀린 지는 독자들의 판단에 맡깁니다.

 

그리고, 마이크로 LED를 들 수 있습니다.  연륜이 오래된 LED 칩, 발광 소자가 디스플레이까지발전한 경우입니다.  칩의 크기를 100~50 마이크론 이하로 줄여서 각각을 별도의 디스플레이 부화소들로 사용하겠다는 전략이죠.  가능성은 충분히 입증되었고, 현재 시연은 물론 대형 TV나 사이니지로 소량 생산까지 이루어지고 있습니다.  이미 시장 진입에는 성공하였죠.  반도체 웨이퍼에 만들어진 작은 칩들을 디스플레이용 대형 기판으로 어떻게 옮길 것인지가 숙제이지만, 초소형 칩들을 통한 높은 해상도, 화소들이 만들어진 후에 기판을 선택할 수 있는 기판의 자유도 등의 특징, 장점들이 남은 문제들을 해결하여야만 하는 동기를 충분히 부여하고 있습니다.  QLED와 마이크로 디스플레이는 여전히 나아가고 있습니다..  OLED 보다 더 넓은 미개척 영토, 즉 더 많은 장애 극복을 위하여 빠른 속도로.

 

이상은 주로 직시형 디스플레이 패널들에 관한 이야기였습니다.  이와 함께 더욱 환상적으로 발전할 생김새(form factor), 즉, 휘고(flexible), 말고(rollable), 접고(foldable), 늘리고 줄일 수 있고(stretchable), 생체친화적이며(biocompatible), 투명하기도(transparent) 한 디스플레이들, 그리고 이들로 인하여 입고(wearable), 붙이고(attachable), 인체에 삽입하고(implantable), 건물이나 자동차 등에 내장할 수 있는 전기 전자 기기들이 가능한 세상도 함께 생각해 볼 수 있습니다.  또한 이러한 디스플레이들을 충분히 활용한다면, 실공간에 띄울 수 있는 3차원 디스플레이도 실생활로 들어옵니다.  일단은 이 정도, 즉 수년 내에 승부가 날 수 있는 디스플레이들의 이야기로 마무리하며, 더 긴 시간, 오랜 이야기가 필요한 내용들은 뒷 부분에서 미래의 디스플레이 주제로 풀어갈 생각입니다.

 

14. 한국의 디스플레이 산업, 선두 지키기

 

1990년대 초에 일본은 디스플레이 선진국이었습니다.  한국과 대만은 각각, 1995년과 1997년 무렵, 일본의 디스플레이 기술을 도입, 즉, 학습, 모방 등을 통하여 획득하여 디스플레이 산업을 시작하고, 2000년대에 들어서면서 생산량과 시장 점유율에서 한국이 선두가 되고, 일본은 3위국으로 추락합니다.  그리고 비슷한 시기에 중국이 한국, 대만, 일본으로부터 역시 디스플레이 기술을 획득하고 발전과 투자를 거듭하여 2019년 지금은 한국의 세계 1위 자리를 위협하고 있습니다.  정확히 표현하면 LCD 분야에서는 금년부터 1위로 등극하며, OLED 분야는 한국과의 간격을 좁혀오고 있습니다.  중국의 발전, 일본과 대만의 견제로 인하여 10여년을 유지하여 온 한국 디스플레이의 선두 자리가 위태롭습니다.  빠른 추격자(fast follower)는 있는 길을 질주하면 되지만, 선점자(first mover)는 없는 길도 만들어 가야 합니다.  한국 디스플레이의 앞길은 어디에 있을까요?

 

성능에 있어서, 해상도는 8K(가로 8,000라인), 1000ppi를 넘어서고 있으며, 칼라도 이제는 눈으로 구별하기가 어려울 정도의 자연색을 구현한다.  형태(form factor)도 휠 수 있고 말 수 있고, 그리고 접을 수 있는 디스플레이로 발전하였으며, 화면 크기도 TV로서도 충분한 크기인 100인치급에 육박하고 있습니다.  즉, 선점자가 도약할 수 있는 길이 명확하지 않습니다. 성능면에서는 더 나아갈 길이 딱히 보이지 않고 발전의 여지가 작죠.  형태나 크기면에서도 말 수 있는 폰, 접을 수 있는 TV, 그리고 늘리거나 줄일 수 있는 탄성 디스플레이 정도가 보일 뿐입니다.  즉, 발전의 여지가 크지는 않지만 어느 정도는 남아있다고 해야 할까요?  결국은 응용 부분입니다.  즉, 최근까지는 디스플레이가 모바일 기기(소형), PC의 모니터(중소형), 그리고 TV(대형) 부문에 70~80퍼센트 이상이 사용되어 왔습니다.  그런데 이제는 성능의 한계가 없어지고, 형태를 다양하게 취할 수 있고, 그리고 화면의 크기도 1인치 이하부터 100인치 이상에 이르기까지 만들 수 있으니, 이를 통하여 새로운 응용 분야를 창출할 여지는 매우 큽니다.

 

즉, 디스플레이의 응용 분야의 확대나 새로운 제안을 통하여 시장을 확장하거나 만들어가는 것입니다.  이를 위해서는 수요자들의 소비 심리를 잘 분석하거나 혹은 새로운 동기를 적극 유도할만한 분야를 만들거나 키우는 것이죠.  가능성 있는 몇몇 후보들을 살펴볼까요?  먼저, 예술용 디스플레이입니다.  구글의 ‘Arts & Culture’ 프로젝트처럼 온라인 겔러리에 필요한 디스플레이로 원본 그림의 색과 느낌을 고해상도로 재현할 수 있는 디스플레이.  혹은 아예 복고풍으로 회귀하여  옛날을 장식하기에 알맞은 디스플레이가 생각이 납니다.  4차 산업 혁명, 특히 사물 인터넷(Internet of Things, IoT) 시대는 웨어러블 기기의 주요성을 높입니다.  VR과 AR을 비롯하여 여러 착용형이나 부착형 기기들에 필요한 디스플레이도 지평을 넓혀갈 것입니다. 의료 현장에서 두 팔을 자유롭게 할 수 있는 HMD나 HUD, 그리고 로봇 수술을 모니터링하기 위한 고정세 초정밀 디스플레이의 수요도 증가할 것입니다.  수요자의 욕구와 아이템에 최적화된 스마트 사이니지, 투명 디스플레이를 활용하는 스마트 윈도우는 새로운 문화를 만들어갈 것입니다.  곡면과 유연성을 적극 활용할 수 있는 자동차용 디스플레이와 감성 조명, 시간과 계절, 그리고 공간에 따라 적합한 파장과 색온도를 제공하는 OLED 면광원, 조명은 외려 디스플레이에 가깝습니다.

 

더 미래를 볼까요?  사람과 환경에 친화적인 디스플레이, 즉, 사용자의 동작, 머무는 공간, 위치와 환경, 그리고 활용하는 컨텐츠에 걸맞도록 밝기와 화질, 형태까지도 변화할 수 있는 디스플레이, 소비 전력과 유해 물질면에서 환경 보호에 최적인 디스플레이도 필요합니다.  뇌파와 연동하여 꿈을 보여줄 수 있는 디스플레이, 콘텍트 랜즈나 스마트 타투(tattoo)처럼 인체와 일체화될 수 있는 디스플레이, 시력을 보정하거나 시력에 맞춘 초점 조절이 가능한 디스플레이, ‘따로 또 같이,’ 즉, 하나의 화면으로 여러 명이 여러 화면을 볼 수 있는 디스플레이는 고성능 지향성 스피커의 등장으로 훨씬 더 가능성이 높아졌습니다.  포스트잇과 같은 스티커나 티슈형 디스플레이는 식탁 위에 놓아두기가 편하겠죠.  그리고 4차원 디스플레이를 향하는 시도들, 예를 들어 사용자가 칼라나 해상도를 선택적으로 조절하고, 디스플레이 블록별로 소리와 향기를 조절, 선택할 수 있는 디스플레이 등도 충분한 매력이 있습니다.

 

빠른 추격자와 거리를 두거나 따돌리기 위하여, 더 빨리 뛰는 것도 중요하지만, 없는 길을 만들어가며 새로운 주법을 개발하는 것도 퀀텀 점프의 방법입니다.  그런 면에서 연구, 개발 부서나 생산 라인에서의 아이디어만큼, 밖의 사람들, 다른 분야의 전문가들의 의견에서도 가치있는 아이디어와 힌트를 얻어, 한국의 디스플레이가 선두를 지키는 데 활용할 수 있기를 기대합니다.

 

# 참고로 하고 있는 여러 자료들의 제공에 감사를 표하며, 계속 업그레이드 됩니다.

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