POST 브라운관의 선두주자 “LCD”

차세대 평판 디스플레이의 도전과 과제

노트북 및 데스크톱 컴퓨터, 휴대전화, PDA, 텔레비전(TV) 등 최근에는 도처에서 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display)가 사용되고 있다. 이에 따라 100년 전부터 디스플레이 시장에서 독보적인 점유율을 지켜 온 브라운관(CRT: Cathode Ray Tube)에 필적할만한 존재로 자리잡을 정도가 되었다. 어쨌든 박형이라는 점에 있어서는 CRT가 대신할 수 없다. 그도 그럴 것이, LCD는 CRT와는 전혀 다른 원리에 기초하고 있다. 요즘에는 LCD TV가 CRT TV를 직접적으로 위협하고 있다. LCD가 진화한 배경에는 어떠한 계기가 있었던 것인가?최근에는 플라즈마 디스플레이(PDP)와 유기EL 디스플레이 등 LCD 이외에도 매력적인 평판 디스플레이가 차세대 시장을 놓고 일부 격돌하고 있다. 이러한 새로운 디스플레이들도 구조의 중요한 포인트를, FPD의 주동자인 LCD에서 많이 참고하고 있음은 부정할 수 없는 사실이다.액정의 성질과 역사·액정의 역사실용적인 디바이스로서 액정의 성질을 처음으로 이용한 것은 일본의 SHARP라는 것은 새삼 거론할 필요도 없을 것이다. 하지만, 액정의 재미있는 성질이 발견된 것은 의외로 오래되었다. 공식적으로 1888년에 오스트리아 식물학자 Friedrich Reinitzer가 발견한 것으로 돼 있다.1960년대에는 액정을 디스플레이로서 이용하려는 발상이 대두되었고, 스위스의 Hoffmann-LaRoche 사 등에서 연구돼 왔다. 그러나 실제로 상품으로서 판매된 것은 1973년 SHARP의 소형 전자식 탁상계산기용 디스플레이가 최초다.·액정의 성질액정은 이름에서 알 수 있듯이, 결정이면서 고체가 아닌 액체 상태에 있는 독특한 성질을 지니고 있다. 대개의 경우 액정 분자는 길고 가는 봉상의 형태를 하고 있으며, 에스테르계나 비페닐계의 분자이다.액정의 대표적인 특징은 1) 판의 구멍을 따라서 액정 분자가 배열된다, 2) 전압을 가하면 액정 분자의 배열이 변한다, 3) 빛은 액정 분자가 배열된 방향을 따라 진행한다.액정 디스플레이의 원리는 이 3가지가 기초가 된다. 보통 액정 분자는 완만한 규칙성을 가지고 배열, 존재하지만 구멍을 새긴 판(배향막)이 존재하면 그 구멍 방향에 딱 맞게 배열된다.두 장의 배향막을 각각의 방향이 직교하도록 겹치고 그 사이에 액정 분자를 끼우면 액정 분자는 그림 1과 같이 배향막의 방향을 따라서 비틀려서 배열되는 방법을 취한다. 이것은 액정의 첫 번째 성질을 이용한 것이다(그림 2 왼쪽). 그런데 이렇게 해서 두 장의 배향막에 끼워져 비틀려 배열되어 있는 액정 분자는 전압이 가해지면 전장 방향으로 배열되는 성질을 갖고 있다. 따라서 2개의 배향막에 전압을 가하면 그림 2와 같이 액정 분자는 수직으로 배열된다. 이것이 액정의 두 번째 성질을 이용한 것이다(그림 2 오른쪽).이 2가지 성질에, 다시 세 번째의 성질을 잘 조합함으로써 액정 디스플레이의 원리가 완성되는 것인데, 우선 그 전에 빛의 성질에 대해 간단하게 알아 둘 필요가 있다.빛은 진행 방향과 직각으로 전자장이 진동하는 횡파이며, 여러 가지 방향의 진동을 지닌 빛이 혼합되어 들어오는 것이 보통이다. 이 빛이 편광판을 통과하면 편광판의 방향성에 맞는 빛만을 추출할 수 있다. 또한 편광 필터를 2장 사용해서 이것들을 교차시키면 빛을 완전하게 차단할 수도 있다. 선글라스의 렌즈를 어느 방향으로 2장 겹쳐서 아무 것도 보이지 않게 하며 놀아 본 사람도 있을 것으로 생각되는데, 그것도 같은 원리이다.예를 들면, 그림 3의 왼쪽 일 때는 빛의 방향이 액정 분자에 의해서 90도만 비틀렸기 때문에 교차한 편광 필터에 차단되지 않고 빛이 통과할 수 있다. 그런데 그림 3의 오른쪽과 같이 액정 분자에 전압을 가하면 액정이 수직 방향으로 정렬되기 때문에 액정 안을 진행하는 빛의 방향 비틀림은 풀려 버린다. 이 때문에 액정을 통과한 빛은 교차된 편광 필터에 부딪혀 통과할 수 없다.즉, 사전에 그림과 같은 장치를 만들어 두면 전압을 가하는가 그렇지 않은가에 따라서 빛을 통과시킬 수도, 차단할 수도 있는 것이다. 이것은 TN 타입 액정 디스플레이의 원리인데, 기본적으로 많은 액정 디스플레이에 공통된 원리이다.그러면 구체적으로 디바이스로서의 액정 디스플레이를 조합하는 경우, 어떤 타입의 것이 있는지 살펴보자.LCD의 구조와 기본원리액정 디스플레이라고 해도 실제로 여러 가지 타입이 있다. 물론 액정의 성질에서 소개한 내용을 적든 많든 이용하고 있는데, 계산기의 표시 패널과 컴퓨터의 고화질 모니터가 완전히 같은 구조로 되어 있을 리가 없다.예를 들면, 계산기의 표시 패널은 미리 8자형의 길고 가는 표시 단위가 있으며, 이것이 흑백이 될 뿐이다. 한편 오래전의 휴대 게임기는 가로, 세로의 도트를 표시 단위로 하여 문자와 그래픽을 표시했다. 컴퓨터의 모니터라면 컬러 표시와 동영상 표시도 가능하다.LCD는 표시하는 정보량의 관점에서 몇 가지 타입으로 나눌 수 있다. 우선은 계산기와 같이 표시하는 정보량이 적은 디스플레이를 살펴보자.저 정보밀도 디스플레이계산기의 경우가장 단순한 액정 디스플레이에 계산기의 표시 패널과 같은 것이 있는데, 구동 방법에 주목하면 다음 2가지로 크게 나눌 수 있다.초기의 계산기 표시 패널에는 8자형의 표시 단위 하나하나에 전극이 붙어 있었다. 이 구동 방식을 스태틱 구동 방식이라고 하는데, 당연히 이 방식에서는 표시 단위가 늘어날수록 전극 등을 연결하는 회선이 늘어나 복잡해진다. 이 방식으로 컴퓨터 모니터를 구현하는 것은 거의 불가능할 것이다. 이 때문에 가능한 한 전극의 수를 줄이고 필요한 부품을 줄이도록 생각해 낸 방식이 다이내믹 구동 방식이다.이 구조에서는 상부에 전극을 4개, 하부에 극을 2개 붙임으로써 전체적으로 필요한 전극의 수를 줄인다. 현재는 스태틱 구동 방식의 액정 디스플레이는 거의 존재하지 않는다. 다음에 소개하는 고 정보밀도 디스플레이에서는 다이내믹 구동이 이용되고 있다.고 정보밀도 디스플레이현재 고 정보밀도 디스플레이라고 불리는 것에는 주로 2가지 타입이 있다. 패시브 매트릭스 구동(passive matrix dynamic)과 액티브 매트릭스 구동(active matrix dynamic)이 그것이다.·패시브 매트릭스 구동패시브 매트릭스 구동 방식은 액정 픽셀의 스위치 온오프 구조가 단순하기 때문에, 단순 매트릭스 구동이라고 불리기도 한다. 주로 워드프로세서나 PDA, 휴대전화 등 정지화상 표시가 중심인 디스플레이에 채용되고 있는 방식이다. 동영상과 같은 정보량이 많은 콘텐츠를 표시하는 데는 적합하지 않지만, 구조가 간단하다는 점에서 저렴하게 생산할 수 있는 이점이 있다. 일반적인 패시브 매트릭스 구동 LCD는 액정 분자층이 전극층에 샌드위치된 구조로 되어 있다.전류가 통하는 도선을 격자상으로 둘러치고 가로, 세로 각각의 타이밍을 합쳐서 전극에 전기 신호를 보내면 가로, 세로가 교차하는 장소의 화소가 점등한다. 가로, 세로의 도선을 조합함으로써 목적하는 복수의 화소를 동시에 점등할 수 있다. 가로 도선에 접속되는 X전극은 액정 셀의 아래 기판에, 세로의 도선 측의 Y전극은 위 기판에 있다. 주로 전극 재료에는 투명한 ITO(산화 인듐 주석, Indium Tin Oxide)가 사용되고 있다.단순한 구조이기 때문에 제작 비용을 억제할 수 있는 패시브 매트릭스 구동 방식에는 몇 가지의 제약이 있는 것도 사실이다. 액정 분자 셀에 큰 전류가 너무 많이 흐르면 옆에 있는 다른 셀도 영향을 받을 우려가 있다. 구체적인 현상으로는 마우스를 화면의 왼쪽 끝에서 오른쪽 끝으로 신속하게 움직이면 마우스의 잔상이 생기는데, 이것이 바로 그 예이다. 반대로 셀에 흐르는 전류가 작으면 액정 분자의 배열이 변하는 것이 느리기 때문에 픽셀의 스위치 온오프가 느려진다. 이 경우는 가령 동영상의 콘트래스트가 저하되는 현상으로 나타난다.패시브 매트릭스 구동 디스플레이 중에서도 특히 액정 분자에 주목하면, 몇 가지 타입으로 나눌 수 있다. 그 중 대표적인 것을 표 1에 들어본다.· 액티브 매트릭스 구동패시브 매트릭스 구동은 TSTN, FSTN 등으로 개량함으로써 고 콘트래스트의 화상을 표시할 수 있게 되었지만, 역시 동영상 표시에 적합하다고는 할 수 없다. 왜냐하면 개개의 픽셀 스위치 속도가 느리고, 또한 전극의 격자구조 때문에 마우스의 잔상이 남기 쉬운 등의 결점이 있기 때문이다. 이것을 해결하기 위해 고안된 것이 액티브 매트릭스 구동이다. 액티브 매트릭스 구동에서는 개개의 픽셀을 하나하나의 액티브 소자로 제어한다.스위치의 역할을 하는 액티브 소자에는 주로 다이오드를 사용한 MIM(Metal Insulator Metal)인 것과 트랜지스터를 사용한 TFT(Thin Film Transistor)인 것이 있다. MIM보다 TFT가 스위칭 속도가 빠르며 고성능이다.위에서 소개한 여러 가지 고 정보밀도 디스플레이에 대해 표 2에 정리했다.LCD의 다양한 기술현재의 액정 디스플레이는 10년 전의 것과 비교해 보면, 여러 가지 각도에서도 표시 내용이 확실하게 보이는 것은 물론 동영상 표시도 가능해졌다. 또한 액정 디스플레이의 가격도 최근 2, 3년 사이에 상당히 내려갔다. 이러한 현상은 같은 평판 디스플레이인 PDP와의 경쟁을 통해 더욱 가속화되고 있다.가격과 시야각, 동영상 표시 등은 LCD가 CRT에 비해 뒤떨어지는 점이었지만, 이제는 그 차가 크지 않다. 그러나 LCD가 CRT와 동등한 수준까지 도달하기까지는 좀더 시간이 필요할 듯하다.여기에서는 시야가 좁고 동영상 표시에도 적합하지 않은 액정 디스플레이가 어떻게 해서 현재와 같이 보기 쉬운 디스플레이가 되었는지를 살펴보자. 또한 각각의 기술적 과제를 생각해 보면, 향후 액정 디스플레이가 얼마나 진화할 것인가 하는 점도 다소 예측할 수 있을 것이다.시야각 문제CRT 디스플레이는 어느 각도에서 보든 확실히 표시 내용을 볼 수 있는데, LCD의 경우는 그렇지 않다. LCD의 시야각이 좁은 것은 액정 분자를 이용한 원리 자체에 고유한 성질이 있기 때문에 그리 간단히 해소할 수 있는 문제는 아니다.LCD의 원리는 앞서도 설명했듯이 봉상의 액정 분자의 비틀어진 배열을 이용해서 빛의 방향을 조작하는 데 기초하고 있다. 이 때문에 액정 분자에 의해서 어느 특정 방향의 빛만이 통과되기도 하며, 또 다른 방향의 빛은 차단되기도 한다.이것은 LCD를 45도 비스듬히 가로로 보면 어둡게 보이는 사실에서도 이해할 수 있다. 반대로 특정 방향의 빛만을 강하게 지나치게 통과시키는 일도 있으므로 얼룩이 생기기도 한다. 특히 검은 부분이 밝게 보이는 것을 누구나 경험한 적이 있을 것이다.시야각에 얽힌 이러한 문제를 해결하려면 액정 분자를 포함하고 있는 셀의 설계를 개량하는 것이 가장 일반적인 방법이라고 할 수 있다. 현재 사용되고 있는 기술은 주로 다음의 3가지 또는 이것들을 조합한 것이다.· IPS기존의 LCD(TN 타입: Twisted Nematic) 액정 셀에는 유리 기판과 수직으로 전압을 가했다. 보통은 비틀린 액정 분자(그림 5의 왼쪽 부분)를, 전압을 가함으로써 유리 기판과 수직으로 배열시키는(그림 5의 오른쪽 부분) 방법을 취했다.그런데 1995년 히타치는 기존의 방법과 다른 IPS(In-Plane Switching, 히타치에서는 수퍼 TFT라는 기술명으로 통하고 있다)라고 하는 방법을 고안했다. IPS는 봉상 액정 분자가 면에 누운 상태로 배열되어 전압에 따라 회전함으로써 화상을 표시하는 LCD의 대표적인 구동 방식이다.기존 타입의 LCD가 액정 분자를 2장의 전극 사이에 끼운 데 반해, IPS에서는 기판의 한쪽에 2개의 전극을 둔 구조로 되어 있다. 전압을 가하지 않은 경우는 기존의 것과 달리 액정 분자는 비틀려 있지 않다(그림 6의 왼쪽 부분). 그러나 그 전극에 유리 기판과 평행하게 전압을 가하면 액정 분자가 유리 기판과 수평이 되게끔 배열된다(그림 6의 오른쪽 부분).결과적으로 유리 기판에 액정 분자가 수평으로 배열되기 때문에 LCD 특유의 시야각이 좁은 문제가 해소된다. 구체적으로는 최소의 농도 반전과 시야각 의존성, 전압이 가해질 경우에 액정 분자가 기판에 평행을 유지하면서 회전할 수 있기 때문에 가능한 생생한 이미지 재현 기능과 더불어 수평과 수직 방향 모두 170도의 넓은 시야각을 얻을 수 있게 된다(초기에는 140도 정도의 시야각을 나타냈다). 또한 색심도도 좋아진다. 그러나 여기에 수반해서 잃는 것도 적지 않다.기존의 LCD와 비교해 전극이 차지하는 부분이 커지기 때문에 백라이트의 빛이 흡수되기 쉬워 어둡다. 이 때문에 밝게 하기 위해서는 백라이트를 보다 강하게 할 필요가 있으며, 결국 전력소비가 커진다. 또한 응답 시간도 길기 때문에 동영상 표시에 약점이 지적되고 있다.그러나 일본의 히타치, 도시바, 마쓰시타전기산업은 IPS 알파 테크놀로지(IPS Alpha Technology)라는 LCD 패널 제조업체를 설립, LCD의 미래를 IPS 모드 기술에 걸고 있다. IPS 모드 기술을 개발한 히타치 디스플레이는 2004년 12월 IPS 모드를 사용하면서 대폭적인 수정이 이뤄진 형태의 새로운 LCD 패널을 발표했다. 일례로 전극 설계에는 전혀 새로운 방식을 채택했다.이러한 변화를 통해 VA(Vertical Alignment) 모드 패널보다 낮은 수준인 것으로 알려진 음영비를 크게 향상시켰다. 특히 히타치 디스플레이가 발표한 32인치 LCD 패널은 이전 제품에 비해 약 1.5배 향상 된 900:1의 음영비(주변 빛이 전혀 없는 경우)를 제공한다. 향상된 음영비는 정면에서 볼 때만이 아니라 모든 방향의 160도에서 200:1 혹은 그 이상 향상된 성능을 제공한다. 이것은 히타치 디스플레이의 이전 제품에 비해 2.0배 이상 향상된 것이다.현재 IPS 기술을 적용하고 있는 업체는 히타치, 도시바, 마쓰시타전기산업 외에도 LG필립스LCD, NEC 등이 있다.·VA기존의 LCD(TN 타입)는 전압을 가하지 않은 경우에 액정 분자가 비틀린 상태에서 빛을 통과하고 전압을 가한 경우에 액정 분자가 유리 기판에 대해 수직이 되어 빛을 통과시키지 못하도록 설계돼 있다. 그러나 실제로는 전압을 가한 경우에도 완전하게는 액정 분자가 유리 기판에 수직으로 배열되지 않고(그림 5의 오른쪽 부분의 액정 분자에 주목) 빛이 새 버린다. 또한 빛이 통과할 때에도 시야각이 좁다.그런데 VA(Vertical Alignment)라고 하는 방법은 이와 달리 전압을 가하지 않은 경우에 액정 분자가 완전히 수직이 되어 빛이 통과하지 않는다(그림 7의 왼쪽 부분, 그림 5의 경우와는 달리 액정 분자가 완전히 수직이 되어 있는 점에 주목). 한편, 전압을 가하면 액정 분자가(비틀리지 않고) 수평으로 배열되어 빛이 통과한다(그림 7의 오른쪽 부분).전압을 가하지 않을 때는 액정 분자가 완전하게 수직이기 때문에 NT 타입과 같이 빛이 새는 일도 없고 검은색이 비친다. 또한 전압을 가한 경우에도 복잡하게 비틀려서 배치되지도 않으므로 응답 시간도 짧다. 소비전력은 IPS의 경우와 마찬가지로 효율이 좋다고는 할 수 없지만, 시야각은 170도로 비교적 넓으며 짧은 응답시간은 IPS를 능가했다.하지만, 그동안 IPS보다 시야각 경쟁에서 뒤쳐진 VA 기술 진영은 명예를 회복하기 위해 새로운 기술을 발표했다. 삼성전자는 IPS보다 좁은 광시야각의 난점을 극복하고 빠른 응답 속도를 구현하기 위해 PVA(Patterned Vertical Alignment) 기술을 업그레이드 한 S-PVA(Super-PVA) 기술을 선보였다. S-PVA는 PVA의 기본 셀에 서브 픽셀을 결합한 2개의 서브 픽셀 구조를 갖고 있으며, 동일한 신호 전압이 메인 픽셀과 서브 픽셀에 가해져 광시야각을 증대시키고 화면의 왜곡 현상을 줄이는 기술이다. S-PVA는 또 밝기 손실을 10% 이하로 줄일 수 있으며, 투과율도 크게 개선된 기술이다. 삼성전자는 S-PVA 이외에도 빛의 밝기나 투과율 손실이 없는 Wise VA라는 광시야각 기술도 개발하고 있다.·Multi-Domain멀티 도메인 설계(Multi-Domain)라는 것은 액정 셀을 몇 개의 파트로 나누는 방식을 가리킨다. 각각의 액정 셀에는 각각 다른 방향을 향하여 배열된 액정 분자가 존재하고 있다. 이 때문에 특정 방향으로만 시야가 한정되는 일이 없다. 이 기술은 VA와 함께 이용되는 경우가 많으며 MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)라는 기술로 통용되고 있다. MVA 기술은 1997년에 후지쯔에 의해 도입되었다.색심도액정이 안고 있는 몇 가지 과제 중에서 시야각 문제와 마찬가지로 중요한 것에 색심도(color depth)에 관한 것이 있다. CRT는 거의 무한의 색채로 밝기를 표현할 수 있다. 이것은 밝기에 따라서 형광체에 부딪히는 전자의 양을 아날로그적으로 바꾸기 때문이다. RGB 형광체(phosphor) 각각에 조사되는 전자빔 강도를 바꾸면 자유자재로 색을 다룰 수 있는 것이다(또한, 하나의 디스플레이에서 해상도를 바꿀 수 있는 것도 CRT의 특징).한편, LCD의 경우에는 액정 셀에 가하는 전압을 조작함으로써 백라이트의 빛을 통과하는 양을 단계적으로 조정하고 있다. 액티브 매트릭스 구동의 경우는 트랜지스터가 픽셀마다 제어하고 있듯이 픽셀마다 색채와 밝기를 제어할 수 있지만, 패시브 매트릭스 구동에서는 격자상의 전극으로 제어하고 있기 때문에 미묘한 색표현이 불가능하다.그러면 구체적으로 액티브 매트릭스 구동 LCD(AMLCD)가 어떻게 색표현을 하는지 살펴보자. AMLCD에서는 RGB의 서브 픽셀별로 투과하는 빛의 양을 제어하고 있다. 예를 들면, 8비트 컨트롤러라면 각각의 서브 픽셀별로 256(28) 단계로 제어하고 있다(서브 픽셀의 이 수를 그레이 셰이드(gray shade)라고 한다). 이것이 RGB 3색이 되면 16,777,216색(2563)으로 표현할 수 있는 것이다. 이것이 24비트의 디스플레이가 된다. 눈으로 보는 한 구체적으로는 이 정도면 문제가 없지만, 사진을 편집하는 등의 경우에는 여전히 LCD는 CRT에 미치지 못한다. 또한 LCD는 보는 각도에 따라서 발색 정도가 달라지는 문제가 있는 것도 위에서 설명한 바이다.응답 속도LCD TV가 시장에 출시되고 있지만, 역시 LCD의 결점 중 하나로 동영상 표시가 있다는 점을 잊어서는 안된다. LCD의 원리 부분에서 여러 번 설명했듯이 액정 분자가 실제로 이동함으로써 동영상을 표시하기 때문에 아무래도 스위치 시간과의 시간 지연이 발생할 수밖에 없다. 이 시간 지연을 응답 시간이라고 한다.CRT의 경우 응답 시간은 거의 없다고 해도 좋다(전자빔의 속도와 브라운과의 거리를 생각해 보자). 그런데 LCD의 경우, 특히 패시브 매트릭스 구동 LCD의 경우, 응답은 150ms 이상이라고 한다. 좀더 쉬운 말로 바꾸면 초당 6프레임 정도가 된다. 동영상 표시에 적합한 액티브 매트릭스 구동 LCD에서도 표준적인 응답은 40ms 정도이며, 즉 초당 25프레임 정도가 된다. 시야각이 넓지만 응답이 느린 IPS는 40ms 정도, MVA는 25ms 정도로 알려져 있다.백라이트와 배터리 문제액정과 소비 전력이라는 말을 동시에 들으면 긍정적인 인상을 받을지도 모르지만, 반드시 그렇지 않다. 확실히 CRT와 소비 전력을 비교하면 LCD는 훨씬 전력 절약형이라고 할 수 있을 것이다. 그렇기 때문에 휴대전화나 PDA의 디스플레이로서 이용할 수 있는 것이다. 그런데 뚜껑을 열어 LCD 장치를 보면 LCD가 꼭 에너지 효율이 좋다고는 할 수 없음을 알 수 있다.LCD는 액정 분자가 직접 발색하고 있는 것도 아니며 발광하는 것도 아니다. 백라이트의 빛을 통과시켜 그것을 형광체에 닿게 해야 비로소 우리들이 그 빛을 인식할 수 있다. 그런데 백라이트에서의 빛은 우리의 눈에 닿기까지 액정 분자와 형광체에 흡수되며 최종적인 밝기는 10% 정도가 된다.이 때문에 잘 보이지 않는 화면은 백라이트의 강도를 올려주면 해소할 수 있지만, 데스크톱 컴퓨터는 물론 모바일에서는 배터리 소모량이 커진다. 노트북 컴퓨터와 PDA, 휴대 단말기 등은 옥외에서 이용하는 기회가 많으며, 이 때 백라이트를 강하게 하지 않으면 화면이 제대로 보이지 않는다. 그렇다고 해서 백라이트를 강하게 하면 대용량의 배터리가 필요한데, 그렇게 되면 휴대하기에 불편하다. 이것이 바로 모바일 산업이 처한 딜레마인데, 도대체 어떻게 하면 해결할 수 있을까?몇 가지 해결책이 있겠지만, 어차피 보기 어려운 것은 옥외이므로 옥외의 빛을 잘 사용하면 되지 않을까 하는 발상에서 생겨난 것이 반사형 TFT-LCD이다. 기존의 LCD는 디스플레이 자체가 백라이트에 의해 빛나는 투과형으로 옥외에서는 보기 어려웠다. 그런데 반사형은 외계로부터의 빛이 편광 필터, 액정 셀을 통해서 반사층에서 되튕겨져 우리의 눈에 들어오는 장치다. 단, 반사형은 옥내에서 잘 보이지 않는 결점이 있다.또한 백라이트의 빛을 효율적으로 사용하는 방법도 있다. 백라이트를 디스플레이 전면에 붙이는 것이 아니라 화면 끝에만 붙이고 쐐기형의 광확산판 등을 붙여서 화면 전체에 빛이 도달하도록 하는 것이다. 휴대전화 등에서는 이 방법을 취하는 경우가 많다.제조비용과 저온 폴리실리콘여러 가지로 LCD의 결점을 들 수 있지만, 그 중에서도 대표적인 것이 가격일 것이다. 만약 CRT와 LCD가 같은 가격이었다면 벌써 CRT는 박물관에 들어갔을 것이다. 왜, LCD는 이렇게 가격이 비쌀까? 언제 CRT 정도의 가격이 될 것인가? 유감스럽게 그런 일은 일어나지 않을 것이다. LCD 가격의 가장 큰 원인은 LCD의 제조 과정이 너무나 복잡하다는 데 있다.액티브 매트릭스 구동 LCD는 픽셀별로 트랜지스터가 존재하기 때문에 제조 과정은 컴퓨터 칩을 만들 때와 비슷한 부분이 많다. 단, 컴퓨터 칩과 크게 다른 점이라면, 기판에 비용이 드는 유리를 사용하고 있다는 점과 실리콘 단결정이 아니라 아몰퍼스 실리콘을 사용한다는 점을 들 수 있다. 아몰퍼스 실리콘의 경우 유리 기판에 실리콘막을 성장시키는 것은 기술적으로 쉬우며 제조 비용을 억제할 수 있지만, 비결정이기 때문에 단결정인 경우와 비교하면 전자의 이동 속도가 느리고, 결과적으로 트랜지스터의 성능은 그다지 기대할 수 없다.그러나 실리콘 단결정으로 트랜지스터를 만드는 것은 유리 기판의 내열성 등의 문제에서 그리 간단치 않다. 그래서 현재는 폴리실리콘(다결정 실리콘)이 사용되고 있다. 폴리실리콘은 단결정과 아몰퍼스 중간의 것과 같은 존재다. 이 때문에 아몰퍼스 실리콘보다 전자의 이동 속도가 빠르다(a-Si가~1cm2/V-sec인 데 반해, p-Si는 200~400cm2/V-sec).지금까지는 폴리실리콘의 가공은 고온에서 실행할 필요가 있었기 때문에 제조 비용이 많이 들었지만, 최근에는 보다 낮은 온도에서 가공할 수 있는 저온 폴리실리콘이 사용되고 있다. 이로써 저비용, 고성능의 LCD(특히 모바일)를 실현할 수 있게 되었다.향후 전망시야 범위의 광역화, 디스플레이의 대형화, 응답 속도의 향상 등 액정 디스플레이는 기술 축적에 의해서 확실하게 발전해 왔다. 현재 40·42인치 정도의 LCD TV가 출시된 상황이며, 삼성전자는 세계 최대인 82인치 TFT-LCD를 선보였다.그런데 LCD는 현재 커다란 기로에 서 있다. 매장에서 PDP TV가 LCD TV와 함께 어깨를 나란히 하고 있는 상황이다. 포스트 CRT 전쟁이라는 말도 있듯이 액정만이 21세기의 디스플레이인 것은 아니다. PDP는 대형 텔레비전으로서 최근에는 가격도 상당히 내렸다. PDP와 LCD를 비교하면, 성격상 각각 별도의 용도에 적합하다고 할 수 있으므로 직접 경쟁하는 관계가 아니라는 생각은 여지없이 깨지고 말았다.LCD의 미래를 불투명하게 만드는 것은 또 하나의 유력한 후보인 유기EL 디스플레이의 존재를 들 수 있다. 유기EL 디스플레이는 전류를 흘리면 발광하는 자발광형 디스플레이다. 적어도 유기EL 개발에 종사하는 메이커의 주장에 따르면 잠재력, 사용의 편리성, 비용면 등에서 LCD를 능가한다.그러한 사정이 있어서인지, 최근에는 LCD 디스플레이의 부가가치를 높이려는 움직임이 널리 확산되고 있다. 특히, 개발 사이클 회전이 빠른 휴대전화용 디스플레이 시장에서는 그 움직임이 현저하다. 이 분야에서는 다양한 부가가치를 갖춘 액정 디스플레이가 등장하고 있는데,특히 주목해야 할 기술은 3D 액정일 것이다. 3D 액정 기술이란, 사람이 시차를 이용해서 원근감을 판단하는 것을 이용해 평면 화면상에 영상이 떠올라 보이도록 하는 기술을 말한다. 이 원리에 대해서 간단하게 소개한다. 물론, 이런 종류의 입체 영상은 액정 디스플레이에 한정된 것은 아니지만, 다수 있는 디스플레이 중에서 기술적으로 가장 성숙된 액정 디스플레이에 적합하다고 한다.타 디스플레이와의 경쟁이 심화되는 가운데 향후에는 부가가치가 액정 디스플레이의 활로가 될 전망이다. 삼성전자는 기존 유리 LCD보다 얇으면서 깨지지 않고 단지 휘어지는 LCD 개발에 성공했다. 지난해 11월 개발에 성공한 7인치 플렉시블(Flexible) 컬러 TFT-LCD는 해상도가 LCD TV로 사용 가능한 VGA(640×480)급에 해당한다.

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이상헌 (webmaster@techworld.co.kr)

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