액정 디스플레이는 어떻게 발명되었을까? 스크린 디스플레이 기술의 진화 역사

우리는 매일 TV, 컴퓨터, 휴대폰 등의 기기 화면을 통해 스트리밍 콘텐츠를 시청합니다. 하드웨어 기기와 스트리밍 미디어 기술의 지속적인 개발과 업데이트로 화면 디스플레이 기술도 끊임없이 진화하고 있습니다. 오늘은 역사의 발자취를 따라가며 화면 디스플레이 기술 개발의 중요한 이정표를 살펴보겠습니다.

1. CRT의 등장

음극선은 1869년 독일 물리학자 율리우스 플뤼커와 요한 빌헬름 히토르프가 처음 관찰했습니다. 1897년 독일 물리학자 칼 페르디난트 브라운(브라운은 1909년 노벨 물리학상도 수상)이 CRT(음극선관, 음극선관)를 발명했는데, 원래 브라운관이라고 불렸습니다. ), 세계 최초의 전자 디스플레이 중 하나입니다.

CRT는 하나 이상의 전자총을 포함하는 특수 진공관으로, 전자 빔을 방출하여 형광 스크린을 때려 이미지를 만듭니다. 초기 텔레비전, 컴퓨터, ATM, 카메라, 모니터, 레이더 디스플레이에는 모두 CRT가 내장되어 있었습니다.

1907년, 러시아 과학자 보리스 로징(텔레비전 발명가 블라디미르 즈보리킨과 함께 연구했던 인물)은 CRT를 사용하여 간단한 기하학적 이미지를 텔레비전 화면에 전송하는 데 성공했습니다. 로징의 이러한 선구적인 연구는 그를 텔레비전 분야의 중요한 발명가로 만들었습니다. 이후 CRT 기술은 지속적으로 발전하여 1922년에 처음으로 상용화되었습니다. LED, 플라즈마, OLED 와 같은 기술이 등장하기 전까지 CRT는 대부분의 기기에서 디스플레이로 사용되었습니다.

20세기 중반부터 후반까지 음극선관은 텔레비전과 컴퓨터 모니터에 일반적으로 사용되었습니다. 이 기간 동안 제조업체는 성능과 해상도를 계속 개선했습니다. 1970년대 대부분의 컴퓨터 모니터는 검은색 화면에 녹색 텍스트만 표시할 수 있었습니다. 1990년까지 IBM의 Extended Graphics Array(XGA) 모니터는 16.8 x 800픽셀 해상도로 600만 가지 색상을 표시할 수 있었습니다.

14인치 컬러 crt

2. 플라스마 디스플레이

1936년 헝가리 엔지니어 칼만 티하니는 자신의 논문에서 이 평면 플라즈마 디스플레이 시스템을 설명했습니다. 1964년 도널드 비처, H. 진 슬로토우, 그리고 당시 일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스의 대학원생이었던 로버트 윌슨은 PLATO 컴퓨터 시스템에 사용할 최초의 흑백 플라즈마 디스플레이를 개발했습니다.

플라스마의 발광 원리는 진공 유리관에 불활성 가스나 수은 증기를 주입하는 것입니다. 전압을 가한 후, 가스는 플라스마 효과를 생성하고, 자외선을 방출하고, 형광체를 여기시켜 가시광선을 생성합니다. 여기 시간의 길이는 다른 밝기를 생성하는 데 사용됩니다. 플라스마 디스플레이에서 각 픽셀은 세 가지 다른 색상의(1차) 플라스마 방출기에 의해 생성됩니다. 각 개별 조명기가 동시에 켜지기 때문에 특히 선명하고 뚜렷합니다. 

2000년대 초반까지 플라스마 디스플레이는 대형 평면 HDTV에 가장 인기 있는 선택이었습니다. 그러나 플라스마 디스플레이는 이미지 잔류 현상이 발생하기 쉽고 동시에 재료 및 구조의 제한으로 인해 크기를 줄일 수 없으므로 컴퓨터, 태블릿 및 휴대폰에 적합하지 않습니다. 이것이 플라스마 디스플레이가 시장 경쟁에서 패배하는 주요 이유이기도 합니다.

2013년까지는 저가 LCD에 밀려났는데, LCD는 비싸지만 대비가 높은 OLED 평판 디스플레이와 디스플레이 품질 면에서 경쟁하고 있었습니다. 플라스마 디스플레이는 거의 모든 시장 점유율을 잃었습니다. 미국 소매 시장을 위한 플라스마 디스플레이 생산은 2014년에 종료되었고, 중국 시장을 위한 생산은 2016년에 종료되었습니다.

플라즈마 디스플레이

3. 액정 디스플레이(LCD) 시대

1888년 오스트리아 식물학자 F·라이네처는 당근에서 콜레스테롤 벤조산을 연구하던 중 우연히 액정을 발견했지만, 오랫동안 인간에게 큰 혜택을 가져다주지 못했습니다. 1960년대에야 몇몇 젊은 전자 과학자들이 침묵을 깼습니다.

1961년, 젊은 전자학자 조지 하일마이어는 미국 RCA Corporation의 프린스턴 연구소에서 박사 학위 논문을 옹호하기 위해 준비하고 있었습니다. 그의 전문 분야는 마이크로파 고체 구성 요소였습니다. 그는 이 분야에서 매우 능숙합니다.

어느 날, 그의 친구가 유기 반도체에 대한 그의 현재 연구에 대해 말해주었고, 학제간 주제가 그의 큰 관심을 불러일으켰습니다. 그는 지도 교수의 조언을 구했고, 지도 교수의 지원과 격려로, 그는 많은 것을 배웠던 전문 분야를 단호하게 포기하고 아직 잘 모르는 새로운 분야에 들어갔습니다. 그는 전자공학에 대한 지식을 유기화학에 적용했고 빠르게 결과를 얻었습니다.

곧 그는 또 다른 새로운 주제인 레이저에 관심을 갖게 되었고, 그래서 다시 결정에 대해 알게 되었습니다. 외부 전기장이 결정의 내부 전기장에 미치는 영향을 연구하기 위해 그는 액정을 생각해냈습니다. 그는 두 개의 투명한 전도성 유리 사이에 염료 도핑된 네마틱 액정을 끼웠습니다. 액정층의 양쪽에 수 볼트의 전압을 인가하면 액정층이 빨간색에서 투명하게 변합니다. 전자공학에서 태어난 그는 이것이 컬러 평면 TV라는 것을 즉시 깨달았습니다! 흥분한 팀원들과 그는 즉시 밤낮으로 연구를 시작했고, 액정의 동적 산란 및 위상 전이와 같은 일련의 전기 광학 효과를 차례로 발견했습니다. 그리고 일련의 디지털 및 문자 디스플레이 장치와 액정 디스플레이 시계, 브리지 디스플레이 및 기타 실용적인 제품을 성공적으로 개발했습니다.

LCD의 구조는 두 개의 평행한 유리 기판 사이에 액정 셀을 배치하고, 아래쪽 기판 유리에는 박막 트랜지스터(TFT) 를, 위쪽 기판 유리에는 컬러 필터를 배치하여 회전 방향을 조절함으로써 각 픽셀의 편광된 빛이 방출될지 여부를 제어하여 화면을 표시하는 것입니다.

RCA Corporation은 연구를 매우 중시하며 항상 이를 회사의 주요 기밀 프로젝트로 분류했습니다. 1968년이 되어서야 최신 과학 기술 성과에 대한 방송 보고서를 통해 세계에 보고했습니다. 이 보고서는 즉시 일본 과학 기술계와 산업계의 주목을 끌었습니다. 일본은 당시 부상하고 있던 대규모 집적 회로와 액정을 결합하여 "개인용 전자 제품" 시장을 지침으로 삼고 일련의 상용 제품을 빠르게 개발하여 액정 디스플레이의 실제 상황을 개척하고 주도권을 잡았으며 이러한 결과를 얻었습니다. 이러한 추진력은 일본 마이크로 전자 산업의 놀라운 성장에 기여했습니다.

미국에서는 RCA사의 일부 생산부서의 리더들이 한편으로는 전통적인 반도체 제품에 국한되어 있고, 다른 한편으로는 초보적인 액정 디스플레이 장치의 단점을 지나치게 강조하고, 시장이 아직 개발되지 않았다는 구실로 액정 디스플레이 장치를 파괴하려고 최선을 다하고 있습니다.산업화.이러한 이유로 "액정"팀의 구성원들이 빠져나가기 시작했고, "액정 디스플레이"에 대한 특허도 매각되었습니다.1970년대 중반, 액정 디스플레이가 산업을 형성했을 때, RCA사는 이사회에서 RCA의 XNUMX년 역사에서 액정 디스플레이 기술을 잃은 것은 큰 실수였다고 슬프게 결론지었다고 합니다.

액정 디스플레이는 1970년대부터 있었지만(일반적으로 계산기, 시계, 시계 및 다양한 가전제품에 사용됨) 1990년대까지 널리 사용되지는 않았습니다. 낮은 전력 소모, 작은 크기 및 가벼운 무게로 인해 노트북 컴퓨터에 널리 사용됩니다. LCD 기술이 계속 개선됨에 따라 컴퓨터와 텔레비전에서 LCD 화면을 사용하는 것이 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 2007년에 LCD TV가 전 세계적으로 처음으로 CRT TV 판매를 앞지르게 되었습니다.

4. LED에서 OLED로

1962년, 제너럴 일렉트릭 엔지니어 닉 홀로니악이 세계 최초의 가시광선 LED를 발명했습니다. 1962년부터 1968년까지 휴렛팩커드 회사의 하워드 C. 보든과 제럴드 P. 피기니가 LED 연구 개발 작업을 주도했습니다. 1969년 5082월, 그들은 통합 회로 기술을 사용한 최초의 LED 장치인 HP 모델 7000-XNUMX 계산기와 세계 최초의 스마트 LED 디스플레이를 출시했습니다. HP의 LED 상용화는 디지털 디스플레이 기술에 혁명을 일으켰고 나중에 LED 디스플레이 기술 개발의 토대를 마련했습니다.

LED는 Light Emitting Diodes의 약자로, 즉 "Light Emitting Diode"이며, 엄밀히 말하면 LCD(Liquid Crystal Display)의 한 종류이기도 합니다. LCD 장치의 백라이트 광원인 기존 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp, Cold Cathode Fluorescent Lamp 등)은 전체 화면을 균일하게 비출 수 있을 뿐 조명 강도를 변경할 수 없습니다. CCFL과 비교했을 때 LED 백라이트 LCD 장치는 로컬 디밍을 사용하여 더 나은 대비와 더 생생한 디스플레이를 구현하면서도 전력 소모는 낮출 수 있습니다.

대부분의 LCD 스마트폰과 태블릿 디스플레이는 다재다능하고 무게가 가볍기 때문에 LED를 사용합니다.

1987년, 이스트먼 코닥의 두 화학자 덩칭윈과 스티븐 반 슬라이크는 이전 연구를 바탕으로 공동으로 최초의 실용적인 OLED 장치를 개발했습니다.

OLED(유기 발광 다이오드) 는 "유기 전계 발광 디스플레이" 라고도 합니다 . OLED는 다층 유기 박막 구조를 이용하여 전류가 흐를 때 밝은 빛을 방출하는 전계 발광 소자입니다. LCD와 달리 OLED는 백라이트가 필요 없고, LCD 및 LED에 사용되는 유리 기판 대신 더 가벼운 발광 기판을 사용할 수 있으며, 더 넓은 시야각과 빠른 응답 속도를 제공합니다.

OLED의 등장은 전기발광 기술에 있어 큰 진전입니다. LED와 비교했을 때 OLED는 더 얇고 가벼우며 유연하여 TV 화면, 컴퓨터 모니터, 스마트폰, 스마트워치 , 휴대용 게임기 등 다양한 기기에 널리 사용되고 있습니다.

아이폰 X가 OLED 디스플레이를 사용하기 시작한 이후 , OLED는 전 세계 단말기 시장을 빠르게 휩쓸었고, 풀스크린, 폴더블, 플렉서블 스크린이 잇따라 등장하면서 디스플레이 기술의 발전을 크게 촉진했습니다.

5. 전자종이의 발명

1970년대에 제록스 파크의 닉 셰리던이 세계 최초의 전자종이인 자이리콘을 개발했습니다.

전자종이는 전자잉크로 코팅된 얇은 필름으로, 액체 물질인 전자잉크에 수백 개의 마이크로캡슐이 매달려 있으며, 각 마이크로캡슐은 양전하와 음전하를 띤 입자로 구성되어 있습니다. 단일 전극에 양전하 또는 음전하 전기장을 인가하면 해당 전하를 띤 채색된 입자가 캡슐의 위나 아래로 이동하여 전자종이 디스플레이 표면에 특정 색상을 부여합니다.

OLED와 마찬가지로 전자종이 자체는 '종이'의 광택을 유지하면서 가시광선을 방출합니다.

전자 종이는 1970년대에 개발되었지만 2000년대 초반까지 대중화되지 않았습니다. 가장 널리 사용되는 것은 우리의 일반적인 Kindle, BOOX 등과 같은 전자책 리더기입니다. 무엇보다도 전자 가격표, 디지털 간판 및 일부 스마트폰 디스플레이에 사용됩니다.

전자종이

6. DLP 기술

DLP(Digital Light Processing)는 디지털 광 처리의 약자입니다. 작동 원리는 이미지 신호를 디지털로 처리한 다음 빛을 통해 투사하는 것입니다. 이 기술은 매우 높은 이미지 충실도를 가지고 있으며 선명하고 밝고 생생한 컬러 사진을 투사할 수 있으며, 주로 프로젝터 시스템에서 사용됩니다.

DLP 기술의 핵심은 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)라고 하는 광 반도체로, 알루미늄으로 만든 마이크로미러를 사용하여 빛을 반사하여 이미지를 만듭니다. 종종 DLP 칩이라고도 하는 DMD는 각각 2만 개 이상의 마이크로미러를 포함할 수 있으며 인간의 머리카락 너비의 XNUMX/XNUMX도 안 됩니다. 마이크로미러는 매트릭스(사진 모자이크와 매우 유사)로 배열되며 각 마이크로미러는 픽셀을 나타냅니다.

이러한 마이크로미러의 수는 화면의 해상도에 해당합니다. DLP 1080p 기술은 진정한 2x1920p 해상도를 위해 1080만 개 이상의 픽셀을 제공합니다. 시중에는 이미 8K DLP 프로젝터(3xDLP 사용)가 있습니다.

DLP는 원래 1987년 Texas Instruments의 물리학자 Larry Hornbeck이 개발했습니다. 1997년 Digital Projection에서 최초의 DLP 프로젝터를 출시했습니다. 1998년 Texas Instruments와 Digital Projection 모두 DLP 기술로 그해 에미상을 수상했습니다.

플라스마 및 LCD 장치에 비해 DLP 장치는 비용이 저렴하고 화면이 더 크며 더 얇고 가볍습니다. 아마도 DLP 기술이 실제로 여러분의 삶에 있다는 것을 깨닫지 못했을 것입니다. 모든 종류의 프로젝터(훈련, 교육용), 홈 시어터, 비디오 월, 콘서트 및 컨퍼런스와 같은 대규모 프로젝션 시스템에서 흔히 볼 수 있습니다.

DLP 디스플레이 & DLP 프로젝터

위의 내용은 화면 디스플레이 기술 개발의 중요한 이정표입니다. 디스플레이 기술의 개발에는 미세 구조 광학 재료, 첨단 제조, 이미지 처리 및 기타 기술이 융합되어 장치의 화면 해상도를 향상시킬 뿐만 아니라 인간의 상상력을 생생하게 표현합니다. 새로운 세대의 새로운 기술과 제품, 특히 현대 하이테크 제품의 도입은 항상 학제 간, 산업 간, 혁신적이고 개척적인 정신을 가진 젊은이들에 의해 발견되고 완성됩니다. 새로운 기술의 발견과 실제 개발은 실용적인 응용 기술과 시장 수요에 기초합니다. 응용 기술은 하이테크 산업의 발전을 보장하고 시장 수요는 하이테크 산업의 발전을 위한 원동력입니다. 우리는 하드웨어 장치의 개발과 기술의 지속적인 발전으로 디스플레이 기술이 다시 한 번 혁신적인 돌파구를 이룰 것이라고 믿습니다.