[투데이코리아] PC 유저들에게 '디스플레이'라는 단어는 너무 친숙해서 굳이 의미를 설명할 필요조차 없어 보이지만, 막상 정의를 내리기는 쉽지 않다. 일반적으로 '디스플레이=모니터'라고 알려져 있지만, 그보다는 'PC가 계산한 결과물을 동기적으로 보여주는 모든 장치'가 더 정확한 정의다.
이번 시간에는 미래형 디스플레이라 알려진 플렉시블 디스플레이와 3D 디스플레이 등을 통해, 앞으로의 디스플레이가 어떻게 발전해 나갈지에 대해 점쳐보자.

1. 플렉시블 디스플레이
플렉시블 디스플레이(Flexible Display)는 말 그대로 '휘어지는 디스플레이'로, 엄밀히 말하면 디스플레이의 방식이라기보다는 형태 쪽에 가깝다. 현재 많은 업체들과 연구 기관에서 종이처럼 자유롭게 구부리거나 접을 수 있는 디스플레이를 연구하고 있는 중이고, 최근 이를 활용한 시계나 광고판 등이 조금씩 보급되고 있다.

① 액정 방식

LCD는 전압을 가하면 분자의 배열이 바뀌어 투명도가 변하는 액정을 활용한 디스플레이 방식이다.

플렉시블 LCD라 불리는 액정 방식의 디스플레이는 기존의 LCD 패널에서 백라이트를 없애고 유리판을 부드러운 재질로 바꾼 제품이다.
현재 고분자와 액정의 복합계를 이용한 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 방식과 콜레스체릭 액정을 이용한 고분자 안정화 콜레스테릭 액정(PSCT, Polymer Stabilized Cholesteric Texture) 방식이 주로 연구되고 있다.
PDLC는 매우 작은 크기의 액정 방울들이 고분자에 분산된 필름 형태로, 큰 사이즈의 플렉시블 디스플레이를 만들기 쉽다. 또한 고분자 매트릭스가 단단한 지지대 역할을 하기 때문에 충격에도 강해 다양한 응용이 가능한 제품으로 기대받고 있다. 구동 전압이 높다는 점이 단점으로 지적되고 있으나, 이를 개선하기 위한 다양한 연구가 진행 중이다.

② OLED 방식

LCD가 자체 발광 능력이 없어 외부의 빛을 반사시키거나 따로 백라이트를 달아서 화면을 표시하는 데 반해, OLED는 화소 자체가 빛을 내기 때문에 간단한 회로만으로도 화면을 표시할 수 있다. 이를 활용한 플렉시블 OLED가 휴대용 차세대 디스플레이로 주목받는 것도 바로 이런 이유에서이다. 플렉시블 LCD의 문제점 중 하나인 시야각에 따라 달라지는 색상도 OLED 방식에서는 존재하지 않는다.

그러나 플렉시블 OLED는 각 셀마다 진공이나 가스로 찬 공간이 필요하기 때문에, 조금만 심하게 구부렸다가는 공기가 새어 들어갈 수 있다는 점이 문제로 지적되고 있다. 온도차로 인해 수분이 들어갈 우려도 있다. 이를 해결하기 위해 많은 업체들이 수분 및 산소를 효과적으로 차단할 수 있는 가스 배리어 제작 기술과 튼튼하고 유연한 기판을 개발하기 위한 연구를 계속하고 있다.

③ 전자 종이 방식

플렉시블 LCD나 플렉시블 OLED가 다양한 색을 표현하는 데 비해, 전자 종이(E-Paper)는 흑백이나 간단한 색만을 표현한다. 그러나 플렉시블 LCD나 플렉시블 OLED보다 얇으면서도 낮은 전력으로 구동되고, 제조 단가도 싸기 때문에 E북 등에 활용하기 좋아, 많은 연구가 이루어지고 있다. 컬러 기술은 아직 개선의 여지가 많지만, 흑백 쪽은 이제 실용화 단계에 이르고 있다.

전자 종이와 관련된 기술은 여러 업체에서 다양한 방식들을 속속 내놓고 있다. 한쪽 면이 검은색, 다른 면이 흰색으로 칠해진 조그만 공에 전기장을 가해 원하는 방향으로 회전시켜 화면을 표시하는 자이리콘 사(Gyricon 社)의 기술은 소비전력이 낮은 데다 한 번 화면을 표시하면 전원을 끊어도 그 이미지를 계속 표시하는 특성(쌍안정성)이 있다.
전기영동 기술은 자이리콘의 기술에서 조금 더 발전한 방식으로, 검은색과 흰색의 입자들에 전기장을 가해 입자의 분포를 조정하는 방식이다. 전압의 조절을 통해 계조를 조절할 수 있고, 시야각이 넓다. 또한 쌍안정성의 특성을 갖고 있어 전원이 끊어져도 이미지를 계속 표시할 수 있다. E잉크(E-Ink)에서는 검은색과 흰색의 입자들을 작은 캡슐 안에 넣어 입자들이 퍼지면서 색이 번지는 것을 막는 마이크로 캡슐 방식을 발표해 전자 종이의 연구에 힘을 실어주었다.
최근에는 일본의 브리지스톤(Bridgestone)에서 발표한 QR-LPD 방식이 주목받고 있다. 고체 입자이면서도 마치 액체처럼 동작하는 액체 파우더(Liquid Powder)를 활용한 이 방식은 다른 방식의 전자 종이가 갖고 있는 문제점인 느린 응답속도를 크게 개선했다.

2. 3D 디스플레이
3D 디스플레이가 연구되기 시작한 것은 1940년도의 일이었지만, 정작 일반인들의 관심을 끌게 된 것은 스타워즈가 개봉된 이후였다.

① 공간상에 구현하는 3D 디스플레이

- 홀로그래피
최초의 3D 디스플레이는 홀로그래피 방식이었다. 1947년에 처음으로 광학 홀로그래피(Optical Holography) 방식이 개발되었지만, 간섭무늬를 만들어내는 레이저가 발견되기까지 이 방식은 실용화되기 힘들었다. 레이저가 개발된 이후인 1963년에 들어서야 홀로그래피를 실용화하기 위한 방법들이 제시되었지만, 막상 실용화된 것은 1980년대 이후의 이야기였다.
빛은 파동의 일종으로, 모든 파동이 그렇듯 진폭과 위상을 갖고 있다. 따라서 두 개의 빛이 합쳐진다고 무조건 두 배의 빛이 되는 것이 아니라 서로의 파동에 맞는 간섭을 일으키게 되는데, 홀로그래피는 빛의 이러한 특성을 응용한 디스플레이다.
하나의 광원에서 나온 레이저를 두 개로 분리하면, 같은 파동을 가진 두 개의 빛이 만들어진다. 이 레이저를 렌즈로 퍼뜨려 하나는 직접 스크린을 비추고(참조광), 다른 하나는 물체에 반사시켜 스크린으로 돌아오게 한다(물체광). 스크린에서 만난 두 개의 빛은 간섭 현상을 일으켜 1mm당 500~1,500개 정도의 복잡하고 세밀한 간섭무늬를 만드는데, 이 간섭무늬를 기록한 사진을 홀로그램이라 한다.
이렇게 만들어진 홀로그램의 간섭무늬는 빛의 진행방향을 꺾는 회절격자의 역할을 해, 보는 각도에 따라 물체의 모양이 달라지게 한다. 양쪽 눈으로 보는 모양이 다르므로 인간의 눈에는 입체로 보이는 것이다.
홀로그래피는 표현할 수 있는 물체의 크기가 작은데다 화상을 실시간으로 재생하기 어렵기 때문에 정지된 물체를 입체로 표현해야 하는 박물관이나 전시회 등에 주로 쓰인다. 최근에는 빛의 파동을 수학적으로 계산해 표시하는 디지털 홀로그래피도 만들어지고 있지만, 아직은 더 많은 연구가 필요한 상황이다.

- 매개체를 활용한 3D 디스플레이

사실 스타워즈에 등장했던 3D 디스플레이는 아무것도 없는 빈 공간에 영상을 투사하는, 말 그대로 진짜 입체영상을 재생하는 방식이었다. 분수나 안개 등을 스크린 삼아 레이저를 쏘아 표현하는 3D 디스플레이는 야간 행사 등에서 쉽게 볼 수 있지만, 빛을 반사할 매개체가 없는 빈 공간에 영상을 표현한다는 것은 쉬운 일이 아니다.
그러나 최근에는 공기 중의 수증기와 같은 미세한 입자에 빛을 쏘아 화상을 표현하는 방법이 개발 중이다. IO2 테크놀로지에서 출시한 '헬리오디스플레이(HelioDisplay)'가 이러한 방식의 디스플레이다. 아직은 PC나 DVD 플레이어 등의 2D 데이터를 표현하는 수준에 그치고 있지만, 이 기술을 발전시켜 3D로 표현할 수 있는 날도 멀지 않았다.

② 눈의 시각차를 활용한 3D 디스플레이

- 안경을 쓰는 방식
1980년대부터 본격적으로 개발되기 시작한 3D 디스플레이는, 처음에는 안경을 쓰는 방식으로 시작되었다. 양쪽 눈에 다른 각도의 화상을 보여주면 입체로 인식을 하게 된다는 간단한 발상에서 시작된 이 방식은, 국내에서는 몇몇 서적을 통해서도 알려졌다.
초기에는 애너글리프 방식이 주로 선보였다. 한쪽이 파란색, 다른 쪽이 빨간색인 안경을 쓰는 방식으로, 안경의 색에 따라 특정 색이 걸러져 좌우에 다른 영상이 보이도록 만들었다. 매우 싼 값으로 만들 수 있기 때문에, 공포서적 등에 종종 쓰이곤 했다. 이를 응용한 영화도 만들어지기는 했으나, 빨간색과 파란색 필터로 걸러진 영상은 상당히 눈에 거슬리는데다 오래 쓰면 어지럽기까지 해서 별 호응을 얻지는 못했다.
1993년 대전 엑스포에서 선보여 많은 이들을 놀라게 했던 3D 영화관은 편광안경을 쓴 방식이었다. 편광안경은 빛의 파동이 평면으로 생긴다는 점을 응용한 3D 디스플레이 방식이다. 양쪽 눈에 편광 방향이 다른 편광판을 끼운 안경을 쓴 뒤 같은 방향의 파동을 가진 두 개의 영상을 동시에 보여주면, 양쪽 눈에 다른 영상이 보이게 되는 것이다. 그러나 고개를 옆으로 기울이고 화면을 보면 화면이 두 개로 보이는 등의 문제가 있었다.

- HUD
HUD는 가격적인 문제만 해결된다면 상당히 매력적인 3D 디스플레이다.

③ 안경을 쓰지 않는 방식

소비자의 입장에서 가장 편한 것은 안경이나 HUD 등 귀찮은 물건을 쓰지 않고 직접 화면에 입체 영상이 표시되는 제품일 것이다. 이런 소비자들의 욕구에 맞추어 다른 장비 없이 3D 화면을 표시할 수 있는 디스플레이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
패럴랙스 배리어 방식은 영상 패널에 배리어필터라는 일종의 편광판을 설치해, 디스플레이로부터 약간의 거리를 두고 바라보면 양쪽 눈에 다른 화상이 보이게 만드는 디스플레이다. 일반 디스플레이에 필터만 설치하면 되기 때문에, 휴대전화나 LCD 모니터 등 다양한 분야에 쉽게 적용할 수 있어 개발이 빠르게 진행되고 있다.
렌티큘러 방식은 적당한 간격을 두고 좌우 화상을 교대로 배치한 후 반원통형의 렌티큘러 스크린인 렌즈판을 부착하여 좌우 화상을 분리, 3D 이미지 및 영상 패널 전방에 설치하는 방식이다. 렌즈를 쓰기 때문에 응용분야가 많은 것이 장점이다.

3. 디스플레이의 과거, 현재, 그리고 미래
마지막 연재에서 뜬금없이 '디스플레이란 무엇인가?'라고 묻는 것이 이상하게 들릴 수 있겠지만, 디스플레이의 미래를 점치기 위해서는 반드시 짚고 넘어가야 한다. 간단하게 말해 디스플레이는 '무언가를 보여주는 것'이다. 그 중에서도 특히 PC에 관련된 디스플레이는 'PC가 계산한 결과물을 동기적으로 보여주는 모든 장치'라는 표현이 가장 적절하다. 결국 디지털 신호를 아날로그인 빛 신호로 바꾸어 보내주는 것이 디스플레이인 셈이다.

CRT 시절에는 일단 결과물을 화면에 보여주는 것 자체가 중요했다. 그러나 디스플레이 자체의 부피가 너무 커서 휴대용으로는 적합하지 않은 데다, 전력 소모도 무척이나 큰 편이었다. PDP와 LCD는 디스플레이의 부피를 줄이고 최대한 넓은 화면에 표시하는 것이 목적이었다. 한편 전력 소모도 큰 폭으로 떨어뜨리는 데 성공했다. 그러나 여전히 유리판과 복잡한 회로를 기반으로 하고 있어 내구성이 약해, 휴대용으로는 여전히 무리가 있었다.
OLED는 그에 대한 해답을 제시하는 기반이 되었다. 유리판을 채택하지 않은 플렉시블 디스플레이는 종이처럼 접거나 말아서 보관할 수 있고, 내구성도 어느 정도 보장되어 있어 휴대용으로 적합하다. 해상도가 낮다거나 밝기가 어두운 등의 문제는 빠르게 해결되고 있는 추세이다. 하지만 플렉시블 디스플레이 또한 특정한 표시장치 위에만 표시되기 때문에 크기의 한계가 있는 것이 사실이다. 100인치 급의 대형 디스플레이를 휴대하고 다닐 수는 없는 것이다.
HUD는 디스플레이의 크기에 대한 문제를 해결하는 열쇠이다. 화면을 다른 사람에게 보여줄 수 없다는 문제를 안고 있기는 하지만, 휴대성과 크기를 동시에 만족시킬 수 있는 디스플레이는 현재로써는 HUD가 유일하다. 아직은 무게나 전력 소모 등의 문제가 남아있지만, 그 또한 조만간에 해결될 전망이다.

애니메이션 '공각기동대'에서는 뇌에 직접 시각 신호를 전달하는 방식의 디스플레이를 제시했다.