디스플레이 (3) LCD

3. LCD (Liquid Crystal Display)

1888년 오스트리아의 생물학자 프리드리히 라이니처(Friedrich Reinitzer)는 식물의 콜레스테롤을 연구 중에, 
콜레스테롤과 연관된 유기물질이 녹는 모습을 관찰하게 되었습니다.

그런데 145.5℃에서 탁했던 액체가 178.5℃에서는 맑은 액체로 변하는 것과 이 액체가 고체결정처럼 빛을 편광시키는 광학적 이방성이 있다는 것을 발견했습니다.
당시 사람들은 모든 물체가 액체, 고체, 기체라는 3가지 형태의 상태만 존재한다고 믿었기 때문에 당시 과학계에는 큰 이슈가 될 정도로 엄청난 발견이었습니다.
당시 라이니처는 이 물질을 고체의 성질을 띠는 액체라는 의미에서 ‘액정(Liquid Crystals)’이라고 불렀습니다.
바로 이 액체 물질이 현대의 LCD 디스플레이 액정에 사용하는 원재료가 되었습니다.

이후 디스플레이에 대한 다양한 과학적 접근에 따라 다양한 연구가 진행되었고, 1962년 리처드 윌리암스의 전기 자기장으로 광산란 효과를 사용하며 디스플레이를 만들 수 있는 가능성이 열리게 되었습니다. 
동적 산란이라는 이름으로 얇게 바른 액정에 전기를 흐르게 하면 분자 구조가 움직여 광학적인 효과가 발생한다는 발견이었습니다. 
급물살을 타게 된 LCD 기술 개발은 1970년대가 되어서야 지금과 비슷한 형태의 디스플레이가 등장하게 되었습니다.

많은 사람들이 LCD가 PDP보다 신형이라고 생각하는데, 그것은 LCD가 PDP보다 대형 TV로는 늦게 출시됐기 때문입니다.
LCD는 PDP보다 무려 18년이나 먼저 태어났습니다.

1973년 일본 샤프가 흑백 LCD를 채택한 전자식 계산기(EL-805)를 출시했습니다.

Sharp LCD Calculator [출처: Sharp] 

샤프는 이후 1988년 세계 최초로 14인치 컬러 LCD를 개발해 오늘날 LCD 모니터의 효시를 만들어냈습니다.

 

14 inch Color TFT LCD [출처: Sharp] 

국내에서는 삼성전자가 이보다 7년 늦은 1995년 노트북용 LCD를 처음 생산하면서 시작됐습니다.


LCD는 백라이트를 투과한 2개의 편광판 사이의 액정 기울기에 따라 빛의 세기를 조절하는 디스플레이입니다.

 

LCD 구조 [출처: LG디스플레이]

LCD는 스스로 빛을 내는 물질이 없어 형광등 같은 불빛을 3원색의 얇은 막을 통과시키는 방식으로 다양한 빛깔을 만들어냅니다.
LCD 화면은 맨 뒤쪽에 자리 잡은 하얀색의 백라이트 빛을 그냥 통과시켜주면 흰색으로 보이고 완전히 차단해 버리면 검정색으로 보이는 원리로 구현됩니다. 
또 빛이 통과하는 중간에 Red(R), Green(G), Blue(B)의 막을 놓아 이 빛의 조합을 통해 여러 가지 색깔을 만들어냅니다.
결국 통과시키는 빛의 세기를 조절하는 것이 관건인데 이것은 액체와 고체의 중간 상태인 ‘액정’이라는 물질과 한 방향으로만 빛을 통과시켜주는 ‘편광판’이라는 필름이 좌우합니다.
액정은 전기 자극을 받으면 분자 배열이 달라져 마치 일어섰다 누웠다를 반복합니다. 
액정이 누우면 빛이 차단되고 액정이 일어서면 빛이 통과하는 식입니다. 
그 움직임에 따라 편광판을 통해 통과하는 빛의 세기와 색 조합도 달라집니다.