81. 디스플레이

액정 패널의 기본 구조는 액정 재료를 2개의 전극 사이에 끼우고 그것을 또다시 2개의 편광판 사이에 끼운 것입니다. 색상을 표시하는 경우에는 표면의 편광판 위에 컬러 필터를 겹쳐 붙입니다. 액정 패널의 표면에 백라이트 빛을 쬐면 직선편광의 빛만 편광판을 통과하여 액정층에 도달합니다. 이때, 액정층에 전압이 인가되면 직선편광의 빛은 액정층에 의해 90도가 비틀어져 표면에 있는 편광판으로 차단됩니다. 즉, 검은색으로 표시가 되는 것입니다. 그러나 전압이 인가되지 않으면 직선편광의 빛은 액정층에서 왜곡되지 않고 통과하여 표면의 편광판을 투과합니다. 즉, 백색으로 표시됩니다. 액정 패널에서는 전극에 인가하는 전압을 온/오프 제어하는 것으로 문자나 화상 등을 표시합니다. 또한, 액정 패널은 액정층으로 전압의 인가 방식 차이와 사용하는 액정 재료나 전극 배치의 차이에 따라 분류됩니다. 전압의 인가 방법으로는 단순 매트릭스 방식과 액티브 매트릭스 방식이, 액정 재료와 전극 배치의 차이로는 TN(twisted nematic)형과 IPS(in plane switching)형, MVA(multi domain vertical alignment)형, OCB(optically compensated bend)형 등으로 나눌 수 있습니다.

PDP(plasma display panel)는 플라스마 방전을 이용한 표시 장치입니다. 유리 기반 위에 격벽이라는 좁은 홈을 만들고 형광체를 도포합니다. 이것이 화소열이 됩니다. 홈에 불활성 가스를 봉입하고 전압을 인가하면 자외선이 발생하고, 이것이 형광체와 충돌하는 것으로 문자나 화상을 표시합니다. PDP는 구조와 구동 방식의 차이로 DC형과 AC형으로 나눌 수 있습니다. DC형은 플라스마 방전이 발생하는 공간에 전극이 노출된 타입, AC형은 유전체층과 산화마그네슘층 등으로 전극을 코팅한 타입입니다. 현재 실용화된 PDP는 대부분이 AC형입니다.

FED(field emission display)는 평면 CRT(cathode ray tube)라는 명칭이 존재하는 것처럼 표시 원리는 CRT와 같습니다. 즉, 전자원에서 추출한 전자를 진공 중에서 가속한 후, 형광체에 충돌시켜서 문자나 화상을 표시하는 원리입니다. 그 차이는 전자원에 있습니다. 일반적인 CRT에는 하나의 전자총을 사용하는 반면에, FED에는 각 화소에 설치한 전자원을 채용합니다. 그 전자원에서 전자를 추출해서 각 화소에 도포한 형광체에 충돌시켜 문자나 화상을 표시하는 것입니다. 전자원의 모양으로 많이 채용되는 것은 끝 부분이 날카롭고 뾰족한 원뿔입니다. 끝 부분에 높은 전압을 인가하면 모양 때문에 비교적 간단하게 전자를 추출할 수 있습니다. 그러한 모양의 전자원을 ‘Spindt(스핀트)형 냉음극 전자원’이라고 합니다. 또한, 캐논이 박형 TV로써 제품화를 목적으로 한 SED(surface-conduction electron-emitter display)는 FED의 한 종류입니다. 同社が 독자적으로 개발한 전자원을 채용하고 있습니다. 하나의 박막 중앙에 폭이 매우 좁은 슬릿을 만들고 슬릿 사이에 전위차를 걸면 터널 효과로 전자가 방출됩니다. 그 전자를 추출하여 가속한 후, 형광체에 충돌시켜 문자나 화상을 표시합니다.

유기 EL 패널이란 유기 화합물이 들뜬상태에서 바닥상태로 돌아갈 때 발광하는 현상(일렉트로루미네선스 현상)을 이용한 디스플레이입니다. 여러 가지 유기 화합물을 적층시켜 제조합니다. 음극과 양극 사이에 전압을 인가하는 것에 따라 전자와 정공이 주입되고, 그것을 전자 운송층과 정공 운송층을 통해서 운반하고 발광층에서 결합하는 것으로 들뜬상태가 됩니다. 그렇게 해서 발광을 얻는 것입니다. 발광색은 사용하는 유기 화합물에 따라 결정됩니다. 따라서 컬러 표시를 얻을 때는 빨강과 초록, 파란색의 발광을 얻을 수 있는 유기 화합물을 사용하거나 백색광을 얻을 수 있는 유기 화합물에 컬러 필터를 조합하기도 합니다. 유기 EL 패널도 액정 패널과 마찬가지로 구동 방식의 차이에 따라 단순 매트릭스 방식과 액티브 매트릭스 방식이 있습니다. 단순 매트릭스 방식의 장점은 비용이 적게 든다는 점에 있습니다. 반면에 액티브 매트릭스 방식의 장점은 고정밀화가 가능하다는 것과 대화면화를 실현할 수 있다는 것을 들 수 있습니다. 따라서 휴대 전화기에 들어가는 디스플레이에는 단순 매트릭스 방식이, 유기 EL TV 등에는 액티브 매트릭스 방식이 채용되고 있습니다.

무기 EL 패널이란 황화아연이나 황화스트론튬과 같은 무기 재료에 비교적 높은 전압을 인가했을 때 발생하는 일렉트로루미네선스 현상을 이용한 디스플레이입니다. 발광층을 절연층 사이에 끼우고 각각의 절연층에 전극을 설치한 구조로 되어 있습니다. 1980년대에는 흑백(주황색)의 무기 EL 패널이 실용화되었고 워드 프로세서에 탑재되었습니다. 그러나 청색으로 발광하는 재료의 개발이 늦어졌기 때문에 액정 패널과의 경쟁에서 패하고 말았습니다. 그러나 1990년대 후반에 선명도가 높은 청색광 재료가 개발되어 풀 컬러 무기 EL 패널 개발이 활기를 띠게 되었습니다. 그 당시 선두를 달리고 있었던 회사는 캐나다의 iFire Technology사였습니다. 박형 TV를 위한 개발을 진행했으나 현재(2010년 6월 시점)에는 개발 목표의 재검토 등을 실시하고 있습니다.

LED 디스플레이란 반도체 디바이스인 발광 다이오드(LED) 소자를 줄지어 구성한 표시 장치입니다. 적색 LED 소자와 녹색 LED 소자, 청색 LED 소자를 한 단위(화소)로 나열합니다. LED는 휘도가 매우 높으므로 매우 밝은 디스플레이를 만들 수 있으나, 소자를 줄지어 구성하므로 해상도( 단위 길이당 화소 수)가 낮다는 단점이 있습니다. 따라서 인간이 가까운 데서 보는 컴퓨터용 모니터나 휴대 전화기 디스플레이, 가정용 TV에는 적합하지 않습니다. 현재는 야구장이나 경마장, 축구장, 체육관과 같은 공공시설에 설치하는 대형 표시 장치에 사용되고 있습니다.

전자 종이는 종이에 가까운 시인성을 갖추고 있고 소비 전력이 낮은 디스플레이입니다. 표시하는 화상을 갱신할 때는 전력이 필요하지만, 일단 표시한 화소를 유지하는 전력은 필요 없다는 종이에 가까운 특징을 가지고 있습니다. 그러나 한마디로 전자 종이라고 하지만 필요한 실현 기술은 여러 가지가 있습니다. 구체적으로는 전기영동 방식과 전자 분립체 방식, 콜레스테릭 액정 방식, 일렉트로웨팅 방식 등입니다. 그중에서 실용화 측면에서 한발 앞서 간 것이 전기영동 방식입니다. 미국 Amazon.com사와 소니의 전자책 단말기에 채용되었습니다. 이 방식은 매우 미세한 캡슐(마이크로캡슐이라고 함) 안에 플러스로 대전된 하얀 입자(산화티타늄)와 마이너스로 대전된 검음 입자(카본 블랙)를 기름과 함께 넣어(대전 극성은 반대로 되어도 상관없음), 외부에서 전기장을 인가하는 것으로 흰색 또는 검은색 입자를 상하로 운동시켜 화소를 표시하는 것입니다. 전기장의 인가를 멈추면 입자는 그 자리에 정지합니다. 다시 전기장을 인가할 때까지 그 상태를 유지할 수 있습니다. 따라서 극히 작은 소비 전력만으로 문자나 화상을 표시할 수 있습니다.

DLP(Digital Light Processing)란 DMD(Digital Micromirror Device)라는 소자와 신호 처리 회로를 조합하여 만든 프로젝터(투사형 디스플레이)입니다. 미국 Texas Instruments사가 개발했습니다. DMD란 가동식 미러(거울)을 화소 수만큼 Si 칩에 설치한 반도체 소자입니다. 전압을 인가하면 미러가 기울어져 광원의 빛이 스크린에 투사됩니다. 반면에 전압을 인가하지 않으면 미러는 원래 위치에서 움직이지 않아 빛은 스크린에 투사되지 않습니다. 이런 원리로 문자나 화상을 표시합니다. 현재는 사무실 등에서 사용하는 데이터 프로젝터나 영화관의 디지털 영사기 등으로 사용되고 있습니다.