빛과 색 용어와 의미, 색온도>>

색온도란 흑체(black body)의 온도가 올라가면서 나오는 빛의 색과 동일한 색에 대하여 흑체의 온도를 적용한 값입니다. 흑체는 빛을 포함한 모든 전자기파를 흡수하고, 온도가 높아지면 전자기파를 방출하여 열평형 상태, 즉 일정한 온도를 유지하는 이상적인 복사체입니다. 그리고 흑체로부터 복사되는 빛의 색깔은 온도에 의존을 하죠. 흑체의 온도가 섭씨 400도 이하에서는 주로 적외선을 방출하지만, 섭씨 400도 이상이 되면 가시광선이 나오기 시작하며, 온도가 올라갈수록 빛의 분광 에너지 분포가 변화하여 색도 변화합니다. 흑체로부터의 색과 임의의 색을 매칭시킨 후 흑체의 온도값을 부여하면 그 색의 온도, 즉 색온도가 얻어집니다.

이러한 색온도는 조명의 색을 표현하는데 유용하며, 실제 조명에서는 완전한 흑체 복사가 이루어지지 않으므로 상관 색온도(correlated color temperature)를 사용합니다. 상관 색온도를 이용하면 조명의 색을 정확히 표현할 수 있습니다. 다만, 전문가가 아닌 일반 소비자가 색온도를 이해하고 조명을 선택하는 것은 쉽지 않은 일이죠. 그래서 일반인들을 위해 주광색, 백색, 은백색 등과 같이 색의 이름을 정하여 조명의 색을 표현합니다.

빛과 색 용어와 의미, 색의 3속성>>

색은 무채색과 유채색으로 구분합니다. 무채색은 흰색, 회색, 검정색으로 색상과 채도가 없으며, 명도의 차이만을 가지고 있죠. 유채색은 무채색을 제외한 모든 색채를 말하며 색상, 채도, 명도를 가지고 있습니다. 이와 같이 색이 지니고 있는 세 가지의 속성, 즉, 색상, 채도, 그리고 명도를 색의 3속성이라 합니다. 각각을 살펴보죠.

색상(Hue, H)은 우리가 익히 아는 빨강, 초록, 노랑, 파랑 등을 말합니다. 가시광선의 분광으로 인한 일곱 가지 색상과 그 사이의 비슷한 색상끼리의 배열을 고리 모양으로 둥글게 나열한 것을 색상환(color circle, hue circle)이라 하며, 이를 통하여 색상들간의 관계를 알 수 있죠. 색상환에서 비교적 가까운 거리에 위치한 색들은 서로 색상이 비슷한 유사색이라 하며, 먼 거리에 떨어져 있는 있는 색들은 색상의 차이가 큰 반대색, 그리고 서로 정반대 방향에 있는 색을 보색이라고 합니다. 보색을 섞게 되면 무채색이 되죠.

채도(Chroma 혹은 Saturation, C 혹은 S)는 색의 선명한 정도, 맑고 탁함 정도를 말하며, 순도, 포화도 등으로도 부릅니다. 채도가 가장 높은 색은 섞임이 없는 색이라는 의미로 순색이라 하고, 채도가 가장 낮은 색은 무채색입니다. 즉, 보다 선명하고 순색에 가까울수록 채도가 높아지며, 색들이 혼합되거나 무채색에 가까울수록 채도는 낮아집니다. 채도가 높은 색을 말할 때는 흔히 ‘짙다’라고 표현하고, 반대로 채도가 낮은 색을 말할 때는 흔히 ‘옅다, 흐리다’라는 표현을 씁니다.

명도(Brightness 혹은 Value, B 혹은 V)는 색의 밝기를 의미합니다. 명도가 높을수록 밝고, 흰색에 가깝고, 명도가 낮을수록 어둡고, 검은색에 가까워지죠. 이는 무채색과 유채색 모두에게 있는데, 우리 눈은 명도에 특히 예민합니다. 명도의 단계는 검은색인 0에서부터 흰색인 10까지 총 11단계로 분류하며, 낮은 명도, 중간 명도, 높은 명도로 구분합니다. 디자인에서는 명도가 다른 색들을 배색하여 밝은 색은 더욱 밝게 보이고, 어두운 색은 더 어둡게 보이도록 하는 경우가 많은데, 이는 명도 대비를 이용하는 것입니다.

구성부 용어와 의미, 기판부  >>

기판(substrate)은 말 그대로 ‘기초가 되는 판,’ 즉, 디스플레이가 만들어지는 얇고 넓은 판입니다. 기본 특성으로는 빛이 통과할 수 있도록 투명하여야 하며, 올려지는 각 구성부들간의 전기적인 절연을 위한 절연성입니다. 이 외에도 편평도, 내열성, 내화학성, 친환경성 등의 다양한 물리 화학적 요구 조건이 있죠. 이러한 기판부에는 주로 (투명) 전극과 화소, TFT 등이 형성됩니다.

가장 기본적인 기판은 유리입니다. 이에 요구되는 조건은 투명도와 절연성에 더하여서, 표면이 평탄하고 균일한 표면 품질이 확보되어야 하고, 알칼리 산화물 등이 없는 무알칼리로써 액정이나 실리콘 박막 오염되지 않아야 합니다. 그리고 섭씨 300도 이상의 고온 공정에도 치수나 형상이 변하지 않도록 유리의 변형점이 높고 열 팽창 계수가 낮아야 하고, 여러 화학 공정에 견딜 수 있도록 화학적 안정성이 요구되며, 비소(Arsenic, As), 안티모니(Antimony, Sb) 등과 같은 환경 오염 물질이 함유되지 않아야 합니다. 현재, 미국의 코닝을 비롯하여 일본의 아사히 글라스, 한국의 LG 화학, 전기초자 코리아(EGKr) 등에서 생산 중입니다.

최근에 이르러 기판의 유연성과 두께, 무게 등이 강조되면서 플라스틱 기판의 적용이 활발해지고 있습니다. 당장은 폴리이미드(Polyimide, PI)가 대표적인데, 이는 플라스틱 소재로 유연성과 함께 어느 정도의 열에 대한 내구성을 지니고 있죠. 다만 액상 물질로써, 캐리어 글라스 위에 코팅 후 굳혀서 사용하며, 공정이 완료된 후 분리하게 됩니다. 이러한 액상 플라스틱이 아닌 플라스틱 시트가 가까운 시일 내에 개발될 것으로 예측되며 이후에도 탄성 디스플레이를 위한 탄성 고분자(elastomer) 기판, 웨어러블 디스플레이용 섬유 기판, 그리고 일회용, 혹은 친환경 생분해성 디스플레이를 위한 셀룰로오스 기판 등이 등장할 전망입니다.

구성부 용어와 의미, 능동 구동 화소부 >>

능동 구동 화소부는 빛이 나오는 부분인 화소, 세부적으로는 RGB 3원색이 나오는 세 개의 부화소들과 각 부화소들에 집적되어 있는 스위칭 소자, 즉, 박막 트랜지스터(TFT)와 저장 커패시터(SC)로 구성됩니다.

화소(픽셀)는 앞서 설명하였듯이 화면을 구성하는 최소 단위로써 RGB 부화소(서브 픽셀)에서 나오는 빛들이 가산 혼합되어 원하는 밝기와 색을 만들며, 화소 각각이 독립적으로 작동하면서 화면에 영상을 만들어갑니다. 화소 내부에는 3원색을 만드는 RGB 부화소들이 있으며 이들의 모양과 크기는 RGB 각각의 효율이나 수명에 따라 별도로 결정이 됩니다. 혹은, 화소의 밝기를 증가시키기 위해 하얀색(White, W) 부화소를 추가하여 한 개의 화소 안에 4개의 RGBW 부화소가 있는 경우도 있습니다.

각각의 부화소에는 신호가 인가될 부화소를 선택하기 위한 스위칭 소자인 TFT와 인가된 신호를 한 프레임 동안 저장하기 위한 저장 커패시터가 집적화되어 있습니다. 특히, TFT는 구동 방식(전류 혹은 전압 구동)과 손실 없는 신호의 원활한 전달을 위하여 2개 이상이 설치되기도 합니다. 그리고, 실제로 신호가 지나가는 영역인 반도체층, 혹은 채널층의 재료와 결정성에 따라서 (비정질, 다결정) 실리콘 TFT나 (금속) 산화물 TFT 등으로 구분이 됩니다. 이들로 인하여 각각의 부화소들에 신호가 인가되고, 이에 따라 RGB 3원색들의 밝기가 결정되면서 화소의 밝기와 색이 조절됩니다.

구성부 용어와 의미, 터치 스크린부  >>

디스플레이가 정보의 출력 기능만이 아닌 입력의 기능을 가지게 된 동기가 터치 스크린, 혹은 터치 센서 패널(Touch Sensor Panel, TSP)로부터 왔습니다. 즉, 터치 스크린은 사용자가 디스플레이를 통하여 기기에 명령, 요구를 넣을 수 있는 입력부에 해당하며, 따라서 디스플레이 패널에서 화면이 나오는 패널의 윗부분에 위치합니다. 먼저, 터치 스크린의 위치에 따라 외장형과 내장형으로 나눌 수 있습니다. 초기에는 디스플레이 패널의 바깥쪽에 필름 형태의 터치 스크린을 부착하는 외장형 방식을 주로 사용하였지만, 최근에는 패널 안으로 집어 넣는 내장형이 대세를 이루고 있습니다. 내장형 방식을 적용하면, 패널의 두께를 줄일 수 있고, 터치 스크린 표면에서 빛의 반사가 줄어서 화면의 밝기를 낮추더라도 시인성이 유지가 되어 소비 전력의 감소 효과가 있습니다.

내장형의 경우 몇 가지로 구분이 되는데, 온 셀 형(on cell-type)은 디스플레이의 상부 유리 기판에 터치 스크린을 내장시킨 방식입니다. 주로 OLED에 사용되는데, 종래의 외장형, 혹은 부착형(add on-type)에 비해 두께 감소와 빛 투과율 증가에 유리합니다. 인 셀 형(in cell-type)은 주로 LCD 패널의 안쪽에 터치 기능을 구현한 것으로, 역시 두께와 무게에 장점이 있습니다.

터치 센서에는 여러 종류의 원리가 적용됩니다. 저항막 방식과 정전용량 방식을 위주로 적외선, 초음파 등을 이용한 터치 센싱 방식 등이 있죠. 스마트 폰의 초기에는 센서를 누르는 힘에 의하여 저항이 변하는 감압식 저항막 방식이 적용되었습니다. 이는 두 장의 필름이 외부 압력에 의하여 서로 접촉되며 저항이 변화하는데, 내구성과 인식율에서 문제가 있었죠.

다음으로 정전용량 방식이 개발되었습니다. 인체나 도전체가 센서의 투명 전극에 접촉되면 터치 스크린에 있는 전극과의 사이에 전하를 저장할 수 있는 용량, 정전용량이 변하면서 터치를 인식하죠. 즉, 터치 센서는 발신 전극과 수신 전극으로 이루어지는데, 손가락과 같은 유전체를 발신 전극 근처로 가져가면 손가락 표면에 발신 전극의 전하와 반대 극성인 전하가 모이게 되고, 이로 인해 수신 전극에서의 전기장이 약해지면서 터치가 감지됩니다. 광학 방식의 하나인 적외선 터치 스크린은 장애물에 의한 적외선의 차단 여부를 감지하여 터치를 인식하는데, 별도의 기판이나 필름을 필요로 하지 않는다는 점이 특징이죠. 그리고 초음파 방식 역시, 유사한 작동 원리로 야외용 무인 정보 단말기나 전자 칠판 등에서 활용될 것으로 보입니다. 

 

<다음호에 이어서 계속>

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