CRT에서 LCD로 - 디스플레이의 혁신을 가져온 하나의 필름

불과 얼마 전까지만 하더라도, TV와 컴퓨터 화면은 크고 무거운 CRT (브라운관) 으로 만들어졌던 걸 기억하고 있나요? 하지만 지금은 얇고 가벼운 LCD로 바뀐 덕분에, TV와 컴퓨터는 일상생활에서도 쉽고 편리하게 이용할 수 있는 존재가 되었습니다.

동시에 LCD 또한 계속 진화하고 있습니다. 과거에 얇은 흑백 LCD가 크고 컬러풀한 LCD 패널로 진보하여 어떠한 콘텐츠도 편안하게 감상할 수 있게 되었습니다. 하지만 이러한 혁신 뒤에 후지필름이 개발하고 생산한 필름이 있었다는 사실을 알고 계십니까? 얇은 WV (Wide-view) 필름은 전세계에 걸쳐 사무실과 거실에 활기를 불어 넣어주고 있습니다.

LCD의 최대 약점을 극복하다

1970년대, LCD는 오직 휴대용 전자 계산기와 시계에서만 사용되었지만, 1990년 후반기부터는 컴퓨터 디스플레이에 사용되기 시작했습니다. 고급 컬러 디스플레이를 제작하기 위해서, LCD 화질은 물론 응답 속도 강화시키는 등 많은 기술 문제를 극복해야만 했습니다. 더욱이, 생산 비용은 합리적인 수준으로 맞출 필요가 있었습니다.

당시 기술적인 문제와 비용 문제를 모두 해결하는 최고의 LCD 유형은 TN (Twisted Nematic) LCD였습니다.* 하지만 TN LCD에는 한 가지 커다란 약점이 있었습니다. 정면이 아닌 다른 각도에서 보면 이미지 색상과 밝기 정도가 달라진다는 점이였습니다. 이러한 약점때문에 TN LCD는 대형 디스플레이에서 사용하기에 적합하지 않았습니다. 이러한 문제를 기술혁신을 통해 극복한 것이 후지필름의 WV 필름입니다.

LCD에서 각 픽셀의 액정 분자는 액정 분자 뒤에서 감상자 앞으로 진행하는 빛을 투과하거나 차단합니다. TN LCD를 측면, 위 또는 아래에서 보면 액정 분자 특성으로 인해 차단되어야 하는 빛이 새어 나와 이미지 색상과 밝기 정도가 달라집니다. WV 필름은 각기 다른 방향으로 배열되어 있는 액정 분자를 광학적으로 보정하여 빛의 누출을 방지합니다. 그 결과, WV 필름을 사용한 LCD는 어떠한 각도에서 보아도 검은색을 진짜 검은색처럼 선명하게 표시할 수 있습니다

WV 필름은 LCD 생산 공정을 변경할 필요가 없기 때문에 전세계 거의 모든 TN LCD 패널 생산에 사용되고 있습니다. 사실, 현재 이 사이트를 보고 계신 모든 여러분의 컴퓨터 LCD 모니터에도 후지필름이 개발하고 생산한 WV 필름이 탑재되어 있습니다.

*당시 유일하게 실현가능한 액티브 매트릭스 구조의 박막 트랜지스터(TFT) LCD는 TN LCD가 유일했습니다. 액티브 매트릭스 구조는 전압을 공급하거나 차단할 수 있는 전용 트랜지스터를 통해 각 픽셀을 제어하므로 패시브 매트릭스 구조에 비해 화질과 응답성이 뛰어납니다. 또한 각 픽셀을 켜고 끌 수 있기 때문에, 액티브 매트릭스 구조가 디지털 신호를 보다 잘 표시합니다.

<단순하게 생각하기>에서 태어난 발상

1990년대 LCD 패널 제조업체 대부분이 TN LCD의 이미지 색상과 밝기 문제를 해결하기 위해 고민하고 있었습니다. 그들은 액정 셀 자체를 변경하려는 연구가 대부분이였습니다. 하지만 액정 셀을 변경하면 셀의 투과율이 감소되는 등 새로운 문제가 발생하였습니다.

마침 후지필름도 이 문제를 해결하기 위해 고민했습니다. 당시 시장에서 판매되고 있던 LCD는 대부분 STN (Super-twisted Nematic) LCD였으며, 후지필름 또한 STN LCD를 제조하기 위한 물질을 제조사에 공급하고 있었습니다. 하지만 시장에서의 경쟁이 심화되면서, 이 분야에서의 판매에 고전을 면치 못했습니다. 후지필름 R&D 팀은 이 사업 분야를 포기하느냐, 아니면 혁신적인 새로운 제품을 개발하느냐, 중에서 선택을 해야만 했습니다. 그리고 20~30대 초반의 젊은 연구자 5명이 해결책을 찾기위한 길을 선택하였습니다.

R&D팀은 STN LCD 보다 당시 급부상하고 있었던 TN LCD의 뛰어난 화질에 매료되었고 그들의 도전 정신을 불러 일으켰습니다. 1993년 여름, 그들은 TN LCD의 시야각을 광학적으로 보정하는 방식으로 연구를 시작했습니다. 여기에는 단 한가지 규칙만 있었습니다. 그 규칙은 바로 “단순하면서 명쾌하게 생각하는 것”이었습니다. 그 결과, 픽셀의 액정층 내 각기 다른 방향으로 배열된 액정 분자를 광학적으로 보정한 필름을 개발하는 법을 발견했습니다. 단순하게 접근한 방식 덕분에 매우 합리적인 해결책을 찾았지만 원하는 효과를 만들 수 있는 방법은 찾기에는 아직 부족했습니다.

원반형 액정 - 틀을 깨는 달성

1993년 겨울, 팀원 중 한 명이 연구 논문에서 아주 흥미로운 내용을 발견했습니다. 바로 원반 또는 디스크 형태의 화합물에 대한 내용이였습니다. 이 형태는 연구자가 찾던 바로 그 형태였으며, 럭비공 형태의 액정분자를 보정하는데 원반형태가 가장 효율적인 형태 형태였습니다. 그들은 즉시 반원형 화합물을 필름에 비스듬하게 배열하는 실험을 시작했습니다. 이전에는 원반형 화합물을 상용 제품에 사용하지 않았습니다. 하지만 그들은 다양한 방식으로 실험했고 결국 분자를 배열하는데 효율적인 방식을 찾아냈습니다. 필름의 또 다른 특징은 변칙성에 있습니다. 분자에는 필름 기질과 공기와의 접촉으로 분자 각도가 지속적으로 변하는 하이브리드 배향 성질이 있습니다. LCD 패널 양측에 이 필름 시트를 붙이기만 하면 어떠한 각도에서도 이미지를 선명하게 볼 수 있게 되었습니다. 시야각이 한정적이었던 TN LCD의 약점은 새로운 필름의 탄생으로 바로 해결될 수 있었습니다.

WV 필름이라 불리우는 이 필름을 후지필름은 이미 파트너십을 맺고 있는 LCD 패널 제조업체에 바로 공급하기 시작했습니다. 그리고 1995년, WV 필름이 탑재된 소형 LCD TV가 출시되었습니다. 전세계 LCD 패널 제조업체는 필름을 적용하는 것만으로도 놀라운 수준까지 성능이 향상되는 것을 확인하자마자 바로 이 새로운 혁신을 채택했습니다. WV 필름이 탑재된 TN LCD는 PC 및 디지털 TV 방송 대중화에 크게 기여했습니다. 더욱이 20세기 중반부터 21세기 초반까지를 지배했던 CRT 기술을 더 이상 필요없는 기술이 되었습니다.

얇은 필름이 가져다준 커다란 역할

계속 발전하는 기술과 WV 필름 출현으로 VA (액정 수직 배열 방식)과 IPS (표면 정렬 스위칭) LCD 등 새로운 형태의 LCD가 출현했습니다. 2000년 이후로 이러한 혁신은 디지털 디스플레이의 성능을 더욱 향상시켜 스마트폰과 태블릿이 탄생했고 전세계인의 삶이 풍족해졌습니다. TN LCD와 WV 필름은 혁신을 현실화시킨 기초 기술이며, 후지필름은 사회를 도약시킨 변화를 만드는데 핵심적인 역할을 했다는 부분에 자긍심을 가지고 있습니다.

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