디스플레이의 역사…추억의 브라운관부터 2023년 노벨상 받은 '양자점' QLED까지

호랑이는 죽어서 가죽을 남기고 브라운관은 사라지며 '튜브'라는 이름을 남겼다.

유튜브(Youtube)라는 이름은 당신을 뜻하는 단어 유(You)와 텔레비전을 부르는 튜브(tube)가 합쳐진 것으로 알려졌다.

튜브가 서구에서 텔레비전의 대명사로 굳어진 것은 초기 텔레비전에는 음극선관(Cathode-Ray Tube·CRT)이 들어갔기 때문이다. CRT는 발명자 칼 브라운의 이름을 딴 브라운관으로도 알려졌다.

브라운관은 전자총에서 나오는 전자를 전자기장으로 조절해 형광 물질을 맞추는 식으로 화면을 만들어낸다.

원리는 간단하지만 작동시키려면 여러 장치가 필요해서 브라운관은 크고 무겁다.

전자는 쉽게 공기의 영향을 받기 때문에 브라운관은 진공관으로 만들어진다. 또 전자총 작동에는 온도를 유지해 주는 히터와 고전압 공급 장치 등이 필요하다. 진공을 유지하는 튼튼한 용기, 히터, 고전압 장치 등으로 크기에 비해 무거워지게 된다.

전자 조절 문제로 무게뿐 아니라 앞뒤로 긴 모양이어서 많은 공간을 차지하고 얇은 디스플레이를 만들기 어렵다는 단점도 있다. 

CRT의 뒤는 액정 디스플레이(LCD)가 뒤를 이었다. LCD는 백라이트에서 나오는 빛을 액정과 편광판을 이용해 조절하는 방식으로 화면을 만들어낸다.

액정(액체결정)은 고체 결정이 가지는 규칙성을 가지면서도 액체의 유동성을 가지고 있다. 액정에 전압을 가하면 입자 배열이 변한다. 이 성질을 LCD 백라이트의 빛을 조절하는 데 쓴다.

LCD는 브라운관에 비해 경량화, 소형화가 쉬워 스마트폰이 탄생하는 데 일조했다. 이때부터 스마트폰 화면을 '액정'이라고 부르며 이후 액체 결정이 들어가지 않는 스마트폰도 화면을 액정이라고 부르는 경우가 생겼다.

초기 LCD는 백라이트로 형광등과 유사한 원리의 광원을 사용했지만 현재는 대부분 발광 다이오드(LED)를 사용한다. LED 모니터 제품은 실제로는 광원만 LED인 LCD 구조의 모니터인 경우가 많다.

31일 오전 서울 종로구 KT 플라자 광화문역점에서 관계자들이 갤럭시Z플립5와 폴드5를 살펴보고 있다. 갤럭시 폴드 5에는 OLED의 일종인 AMOLED 디스플레이가 탑재됐다. (공동취재) 2023.7.31/뉴스1 © News1 이동해 기자

LED는 반도체 소자로 물질 내의 전자가 가질 수 있는 에너지 수준의 차이인 '밴드갭'을 전자가 오가며 나오는 빛을 활용한다. LED 디스플레이는 운동경기장이나 대형 광고판에 주로 쓰인다.

유기 발광 다이오드(OLED)는 LED와 원리는 비슷하지만 반도체 소자가 아닌 유기화합물을 이용한다. LCD 디스플레이는 백라이트가 필요하지만 OLED 디스플레이는 박막에 구현할 수 있고 입자가 자체적으로 빛을 내기 때문에 백라이트가 필요없어 얇게 만드는 데 유리하다.

2023년 노벨화학상의 영예는 '양자점' 연구자에게 돌아갔다. 이 양자점이 차세대 디스플레이 후보로 여겨지는 QLED에 쓰인다.

LED의 발광 원리인 밴드갭은 소재와 구조에 따라 정해지기 때문에 붉은 LED는 붉은 색만 낼 수 있다. 그렇기 때문에 LED로 다양한 색을 내려면 여러 종류가 필요하다. 양자점은 반도체 결정이 나노 수준으로 작아지면 나타나는 특이한 현상이다. 입자의 크기에 따라 밴드갭이 달라지며 나오는 빛의 색이 달라진다. 양자점은 에너지 효율과 내구성 등 장점이 있을 것으로 기대받고 있다.

기사제공=뉴스1(시애틀N 제휴사)