평면 패널 디스플레이(FPD)는 미래 TV의 주류로 자리 잡았습니다. 이는 일반적인 추세이지만, 세계적으로 엄격한 정의는 없습니다. 일반적으로 이러한 디스플레이는 얇고 평평한 패널 형태를 띕니다. 평면 패널 디스플레이에는 다양한 종류가 있습니다. 디스플레이 매체와 작동 원리에 따라 액정 디스플레이(LCD), 플라즈마 디스플레이(PDP), 전계발광 디스플레이(ELD), 유기 전계발광 디스플레이(OLED), 전계 방출 디스플레이(FED), 프로젝션 디스플레이 등이 있습니다. 많은 FPD 장비는 화강암으로 제작됩니다. 화강암은 기계의 기본 기판으로서 정밀도와 물리적 특성이 우수하기 때문입니다.
개발 추세
기존의 CRT(음극선관) 디스플레이와 비교했을 때, 평면 패널 디스플레이는 얇고 가벼우며 전력 소비가 적고 방사선량이 적으며 깜빡임이 없어 인체 건강에 이롭다는 장점을 가지고 있습니다. 이러한 장점 덕분에 평면 패널 디스플레이는 전 세계 판매량에서 CRT를 넘어섰습니다. 2010년에는 두 디스플레이의 판매액 비율이 5:1에 이를 것으로 추정됩니다. 21세기에는 평면 패널 디스플레이가 디스플레이 시장의 주류 제품이 될 것입니다. 유명한 스탠포드 연구소의 예측에 따르면, 전 세계 평면 패널 디스플레이 시장은 2001년 230억 달러에서 2006년 587억 달러로 성장할 것이며, 향후 4년간 연평균 20%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다.
디스플레이 기술
평면 패널 디스플레이는 능동 발광 디스플레이와 수동 발광 디스플레이로 분류됩니다. 능동 발광 디스플레이는 디스플레이 매체 자체에서 빛을 발산하여 가시광선을 제공하는 디스플레이 장치를 말하며, 플라즈마 디스플레이(PDP), 진공 형광 디스플레이(VFD), 전계 방출 디스플레이(FED), 전계 발광 디스플레이(LED), 유기 발광 다이오드 디스플레이(OLED) 등이 있습니다. 수동 발광 디스플레이는 자체적으로 빛을 발산하지 않고, 디스플레이 매체를 전기 신호로 변조하여 광학적 특성을 변화시키고, 주변광 및 외부 전원(백라이트, 투사 광원)에서 방출되는 빛을 변조하여 디스플레이 화면에 표시하는 장치로, 액정 디스플레이(LCD), 마이크로 전기 기계 시스템 디스플레이(DMD), 전자 잉크 디스플레이(EL) 등이 있습니다.
LCD
액정 디스플레이(LCD)는 수동형 매트릭스 액정 디스플레이(PM-LCD)와 능동형 매트릭스 액정 디스플레이(AM-LCD)로 나뉩니다. STN과 TN 액정 디스플레이는 모두 수동형 매트릭스 액정 디스플레이에 속합니다. 1990년대에는 능동형 매트릭스 액정 디스플레이 기술, 특히 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(TFT-LCD) 기술이 급속도로 발전했습니다. STN을 대체하는 제품으로 출시된 TFT-LCD는 빠른 응답 속도와 무깜박음이라는 장점을 가지고 있어 휴대용 컴퓨터, 워크스테이션, TV, 캠코더, 휴대용 비디오 게임 콘솔 등에 널리 사용되고 있습니다. AM-LCD와 PM-LCD의 차이점은 AM-LCD는 각 픽셀에 스위칭 소자가 추가되어 상호 간섭을 극복하고 고대비 및 고해상도 디스플레이를 구현할 수 있다는 점입니다. 현재의 AM-LCD는 비정질 실리콘(a-Si) TFT 스위칭 소자와 축전기 방식을 채택하여 높은 회색조 표현과 트루 컬러 디스플레이를 구현합니다. 하지만 고밀도 카메라 및 프로젝션 애플리케이션에 필요한 고해상도 및 소형 화소의 요구로 인해 폴리실리콘(P-Si) TFT(박막 트랜지스터) 디스플레이 개발이 촉진되었습니다. P-Si의 이동도는 비정질 실리콘(a-Si)보다 8~9배 높습니다. P-Si TFT의 작은 크기는 고밀도 및 고해상도 디스플레이에 적합할 뿐만 아니라 주변 회로를 기판에 집적할 수 있다는 장점도 있습니다.
전반적으로 LCD는 얇고 가벼우며 소형 및 중형 디스플레이에 적합하고 전력 소비도 낮아 노트북 컴퓨터, 휴대폰 등 전자 기기에 널리 사용되고 있습니다. 30인치와 40인치 LCD도 성공적으로 개발되어 이미 일부 제품이 실용화되었습니다. LCD의 대량 생산이 진행됨에 따라 가격은 지속적으로 하락하여 현재 15인치 LCD 모니터는 500달러 정도에 구입할 수 있습니다. 향후 LCD의 발전 방향은 PC의 음극선관을 대체하고 LCD TV에 적용되는 것입니다.
플라즈마 디스플레이
플라즈마 디스플레이는 기체(예: 대기) 방전 원리를 이용하여 구현되는 발광 디스플레이 기술입니다. 플라즈마 디스플레이는 음극선관(CRT)의 장점을 가지면서도 매우 얇은 구조로 제작할 수 있습니다. 주력 제품 크기는 40~42인치이며, 50~60인치 제품도 개발 중입니다.
진공 형광
진공 형광 디스플레이(VFD)는 오디오/비디오 제품 및 가전제품에 널리 사용되는 디스플레이입니다. 진공관 내부에 음극, 그리드, 양극을 내장한 3극 전자관 방식의 진공 디스플레이 소자입니다. 음극에서 방출된 전자가 그리드와 양극에 가해지는 양전압에 의해 가속되어 양극에 코팅된 형광체를 자극하여 빛을 발산합니다. 그리드는 벌집 구조를 채택하고 있습니다.
전기발광)
전계발광 디스플레이는 고체 박막 기술을 이용하여 제작됩니다. 두 개의 전도성 판 사이에 절연층을 배치하고 얇은 전계발광층을 증착합니다. 이 소자는 넓은 발광 스펙트럼을 가진 아연 도금 또는 스트론튬 도금 판을 전계발광 소자로 사용합니다. 전계발광층의 두께는 100 마이크론이며, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이와 동일한 선명한 디스플레이 효과를 구현할 수 있습니다. 일반적인 구동 전압은 10kHz, 200V AC이며, 따라서 더 고가의 구동 IC가 필요합니다. 능동 어레이 구동 방식을 사용하는 고해상도 마이크로 디스플레이가 성공적으로 개발되었습니다.
~ 주도의
LED 디스플레이는 다수의 발광 다이오드로 구성되며, 단색 또는 다색을 구현할 수 있습니다. 고효율 청색 발광 다이오드의 개발로 풀컬러 대형 LED 디스플레이 구현이 가능해졌습니다. LED 디스플레이는 높은 밝기, 고효율, 긴 수명 등의 특징을 가지고 있어 옥외용 대형 디스플레이에 적합합니다. 그러나 이 기술로는 모니터나 PDA(휴대용 컴퓨터)와 같은 중급 디스플레이는 제작하기 어렵습니다. 하지만 LED 단일 칩 집적 회로는 단색 가상 디스플레이로는 활용될 수 있습니다.
MEMS
이것은 MEMS 기술을 이용하여 제작된 마이크로 디스플레이입니다. 이러한 디스플레이에서는 표준 반도체 공정을 사용하여 반도체 및 기타 재료를 가공함으로써 미세한 기계 구조를 제작합니다. 디지털 마이크로미러 소자는 힌지로 지지되는 마이크로미러 구조로 이루어져 있습니다. 이 힌지는 아래쪽 메모리 셀 중 하나에 연결된 플레이트의 전하에 의해 구동됩니다. 각 마이크로미러의 크기는 사람 머리카락 굵기 정도입니다. 이 소자는 주로 휴대용 상용 프로젝터와 홈시어터 프로젝터에 사용됩니다.
전계 방출
전계 방출 디스플레이(FED)의 기본 원리는 음극선관(CRT)과 동일합니다. 즉, 전자가 판에 끌려가 양극에 코팅된 형광체와 충돌하여 빛을 방출하는 방식입니다. 음극은 수많은 미세한 전자 발생원이 배열된 형태로, 하나의 픽셀과 하나의 음극으로 이루어진 배열 구조를 가집니다. 플라즈마 디스플레이와 마찬가지로 FED는 작동에 200V에서 6000V에 이르는 고전압이 필요합니다. 하지만 제조 설비 비용이 높아 아직까지는 주류 평면 디스플레이로 자리 잡지 못했습니다.
유기적인 빛
유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이는 하나 이상의 플라스틱 층에 전류를 흘려 무기 발광 다이오드와 유사한 빛을 생성하는 방식입니다. 즉, OLED 소자에는 기판 위에 고체 필름을 적층하는 구조가 필요합니다. 하지만 유기 소재는 수증기와 산소에 매우 민감하기 때문에 밀봉 처리가 필수적입니다. OLED는 능동 발광 소자로, 뛰어난 발광 특성과 낮은 전력 소비 특성을 자랑합니다. 유연한 기판에 롤 바이 롤 공정을 통해 대량 생산이 가능하여 제조 비용이 매우 저렴합니다. 이 기술은 단순한 단색 대면적 조명부터 풀컬러 비디오 그래픽 디스플레이에 이르기까지 폭넓은 응용 분야를 가지고 있습니다.
전자 잉크
전자잉크 디스플레이는 이중 안정성 소재에 전기장을 가하여 제어하는 디스플레이입니다. 이 소재는 각각 직경 약 100마이크론의 미세하게 밀봉된 투명 구체가 다수 존재하는 구조로, 각 구체에는 검은색 액체 염료와 수천 개의 흰색 이산화티타늄 입자가 들어 있습니다. 이중 안정성 소재에 전기장을 가하면 이산화티타늄 입자는 전하 상태에 따라 한쪽 전극으로 이동합니다. 이로 인해 픽셀이 빛을 방출하거나 방출하지 않게 됩니다. 이중 안정성 소재는 수개월 동안 정보를 보존할 수 있습니다. 또한, 작동 상태가 전기장에 의해 제어되므로 매우 적은 에너지로 디스플레이 내용을 변경할 수 있습니다.
화염 감지기
불꽃 광도 검출기 FPD (Flame Photometric Detector, 줄여서 FPD)
1. FPD의 원리
FPD(Flame Flux Decomposition)의 원리는 수소가 풍부한 불꽃에서 시료를 연소시키는 것에 기반합니다. 연소 후 황과 인을 포함하는 화합물은 수소에 의해 환원되어 S2* (S2의 여기 상태)와 HPO* (HPO의 여기 상태)의 여기 상태가 생성됩니다. 이 두 여기 상태의 물질은 바닥 상태로 돌아갈 때 400nm와 550nm 부근의 스펙트럼을 방출합니다. 이 스펙트럼의 강도는 광증폭관으로 측정되며, 빛의 강도는 시료의 질량 유량에 비례합니다. FPD는 높은 감도와 선택성을 지닌 검출기로, 황 및 인 화합물 분석에 널리 사용됩니다.
2. FPD의 구조
FPD는 FID와 광도계를 결합한 구조입니다. 초기에는 단일 화염 FPD로 개발되었으며, 1978년 이후 단일 화염 FPD의 단점을 보완하기 위해 이중 화염 FPD가 개발되었습니다. 이중 화염 FPD는 두 개의 독립적인 공기-수소 화염을 가지고 있는데, 아래쪽 화염은 시료 분자를 S₂ 및 HPO₄²⁻와 같은 비교적 단순한 분자를 포함하는 연소 생성물로 변환시키고, 위쪽 화염은 S₂* 및 HPO₄²⁻*와 같은 발광 여기 상태 조각을 생성합니다. 위쪽 화염을 향하는 창이 있으며, 이 창을 통해 화학 발광의 강도를 광증폭관으로 검출합니다. 창은 경질 유리로, 화염 노즐은 스테인리스강으로 제작되었습니다.
3. FPD의 성능
FPD는 황 및 인 화합물 분석을 위한 선택적 검출기입니다. FPD의 불꽃은 수소가 풍부한 불꽃이며, 공기 공급량은 수소의 70%와만 반응할 수 있도록 제한되어 있어 불꽃 온도가 낮아 황 및 인 화합물 조각 이온을 여기시킵니다. 운반 기체, 수소 및 공기의 유량은 FPD에 큰 영향을 미치므로 가스 유량 제어를 매우 안정적으로 해야 합니다. 황 함유 화합물 분석을 위한 불꽃 온도는 여기된 S2*를 생성할 수 있는 약 390°C 정도가 적절하며, 인 함유 화합물 분석을 위해서는 수소와 산소의 비율이 2~5 사이여야 하고, 시료에 따라 수소-산소 비율을 조절해야 합니다. 또한, 양호한 신호 대 잡음비를 얻기 위해 운반 기체와 보충 기체를 적절히 조절해야 합니다.
게시 시간: 2022년 1월 18일