플라즈마란 단어가 생소한 단어는 아니다. 하지만 누군가에게 플라즈마가 무엇인지 물어보면 그 정의에 대해서 정확히 답할 수 있는 사람이 얼마나 될까. 필자의 앞선 컨텐츠에서 이미 플라즈마가 무엇인가 대해서 설명했다. (참고 : http://www.ecoroko.com/491) 저번 컨텐츠를 작성하면서 알게 된 플라즈마가 얼마나 우리 생활에 밀접하게 있는가, 그리고 환경에 어떤 영향을 주는가를 소개하고자 한다.
우주의 99%가 플라즈마
상태로 구성되어 있다. 예를들어 태양과 대부분의 별들이 플라즈마로 되어있다. 행성과 행성사이 은하계 공간과 지구의 이온층이 대표적인 플라즈마의 예이다.
이 그림은 지구가 태양풍이라 불리는 플라즈마의 흐름을 지구의 자기장에 의해서 보호하고 있는 형상을 보여준다. 그렇다면 지구상에서 플라즈마는 어떤 형태로 나타날까. 기체상태에서
에너지를 더 공급해 주었을 때 빛을 발하기 시작하는데 이때 기체가 아닌 플라즈마 상태로 변하는 것이다. 에너지는
중성원자나 분자를 두 개 이상의 전기적 전하 상태로 만들어 버린다. 또한 중성원자 주위를 돌던 전자는
튀어나와 자유로운 상태 즉, 자유전자가 된다. 이렇게 전자가
증가하면 마치 단체로 움직이게 된다. 지구상에서는 번개나 오로라의 형태로 나타나게 된다.
플라즈마가 사용되는 곳이 많다.
네온사인, 형광등, 반도체, PDP, 금속 막을 씌우는데, 핵융합 반응로 등에서 사용된다. 또한 플라즈마의 종류(저온 플라즈마, 열
플라즈마)에 따라 그 사용 분야가 달라지는데 다음과 같이 분류 할 수 있다.
그렇다면 어딜 봐서 플라즈마 활용 기술이 친환경이라 할 수 있는가. 플라즈마는 전기장이나 자기장이 형성되는 곳에서 형성되고 자연적으로 사라지는 성질을 가지고 있다. 지구는 거대한 자기장을 형성하고 있기 때문에 지구에서 플라즈마는 자연스럽게 형성되고 사라진다. 또 대기압에서 플라즈마는 그 밀도를 쉽게 조정할 수 있다. 때문에
화학연료 없이도 전기방전이나 전자파를 이용해 5000~6000도에 이르는 높은 온도를 얻을 수 있다. 이러한 특징을 이용하여 열 플라즈마를 이용한 사업분야가 다양하다. 특히, 친환경적으로 폐기물을 처리하는 것이 그 대표적인 예라고 할 수 있다. 또한
플라즈마는 발생하는 동시에 화학적 반응이 강한 Radical을 형성하는데 이를 이용하면 각종 화학약품
대신 플라즈마로 유해물질을 처리할 수 있다.
-PDP TV : 플라즈마가 생성될 때 발생하는 빛을 이용
-반도체 생성 공정 : 초미세 형상의 가공기술로 플라즈마를 사용할 경우 공정 온도를 낮출 수 있다.
-핵융합 발전 : 핵융합 발전의 경우 중수소, 삼중수소의 플라즈마 상태에서 일어하는 핵융합 반응을 통해서 에너지를 생산함.
-플라즈마를 이용한 표면 코팅 및 개질 기술
-그 밖에도폐기물처리, 수 처리, 채소-야채 등의 소독, 살균 등에 플라즈마가 사용된다.
Comment
얼마 전 스쳐 지나가듯 기사를 하나 보았다. 바로 플라즈마를 이용하여 반도체 공정에서 발생하는 온실가스를 저감 할 수 있다는 것이다. 플라즈마라는 물질의 상태는 그 연구가 진행 단계에 있다. 그리고
그 연구가 거듭 될수록 그 활용도가 점점 높아만 지는 것 같다. 하나의 컨텐츠에서 플라즈마를 전부 담기에는
그 활용도가 광대하기에 다음 컨텐츠를 통해서 플라즈마가 친환경적으로 어떻게 사용되는가 그에 대한 기술을 자세히 다루어 보고자 한다.
수년 전부터 컴퓨터 업계에선 LCD 모니터가 CRT 모니터를 완전히 대체하고 있다. 실제로 주위를 둘러봐도 CRT 모니터를 사용하는 분들은 거의 없다. 그리고 평판 디스플레이 방식을 적용한 PDP, LCD TV가 가전기기 부문을 독식하고 있다. 벽걸이 TV에 적용되는 PDP(Plasma Display Panel) 방식은 고화질 및 대면적화가 가능하지만 전력소비가 많은 편이다. LCD(Liquid Crystal Display) 방식은 가볍고 전력소모가 적은 장점이 있어 현재 가장 많이 사용되고 있다. 최근에는 LED(Light Emitting Diode) 방식을 적용한 디스플레이가 주력 상품으로 속속 출시되고 있다.
차세대 성장동력이자 친환경 테마주로 주목받고 있는 LED를 파헤쳐 보자.
1. Overview
모바일 디바이스가 생활 곳곳에 보급되면서 휴대가 간편하고 정보 처리 속도가 빠른 디스플레이의 적용이 필요시 되고 있다. 가볍고 얇은 평판 디스플레이 장치가 주목을 받고 있으며 그 중 LCD는 가볍고 전력소모가 적은 장점이 있어 평판 디스플레이로서 현재 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 LCD는 자체 발광 소자가 아니며 공정의 복잡성, 응답속도, 밝기, 대조비, 시야각 그리고 대면적화 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 평판디스플레이가 등장하게 된다.
OLED(Organic LED)는 차세대 Display로 기존의 LCD 에 비해 얇고 가벼우며, 높은 해상도, 넓은 시야 각, 저전력 구동 등의 장점을 통해"꿈의 Display"로 불리고 있다. 구동 방식에 따라 PMOLED(Passive Matrix Type OLED) 와 AMOLED(Active Matrix Type OLED) 로 나뉘며 AMOLED는 저전력 소비 대면적이 가능한 형태로 각광 받고 있다. 최근 이슈가 되는 OLED는 AMOLED를 주목하는 것이며 삼성, LG 등의 가전 업체와 소형 기기 전문 업체들도 앞다투어 적용하고 있는 추세이다.
2. 원리 및 구조
OLED는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체 발광형 유기물질을 말한다.전압을 가하면 유기물이 빛을 발하는 특성을 이용하며, 유기물에 따라 R, G, B를 발하는 특성을 이용해 Full Color를 구현하는 것이 발광원리이다. 자발광소자로서 휘도와 색순도 특성이 뛰어나다.
조금 더 자세히 살펴보자.
전원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자가 전자수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고, 상대적으로 양극에서는 Hole이 Hole수송층의 도움으로 발광층으로 이동하게 된다. 유기물질인 발광층에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 입자를 생성하게 되는데 이때, 입자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛이 발생하게 된다. 발광층을 구성하고 있는 유기물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔을 달라지게 되며, R,G,B를 내는 각각의 유기물질을 이용하여 Full Color를 구현할 수 있다.
3. LCD와 OLED의 차이점
OLED(앞) / LCD(뒤)
LCD 의 경우 백라이트와 유리판 사이에 액정, 컬러필터 등이 포함된 복잡한 구조인데 반해 OLED는 유리판 사이에 자체 발광 유기물을 넣은 단순한 구조이다. OLED는 백라이트가 없는 자체 발광 소재인 만큼 두께가 훨씬 얇다. 또한 스스로 소자 자체가 스스로 빛을 내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어올 때도 시인성이 좋은 특성을 갖는다. LCD의 경우 재생하는 동화상이 어두운 경우 색의 변화가 크다. 하지만 OLED는 화면이 어둡더라도 섬세한 표현이 가능해 검은색 배경에 검은 옷을 입은 사람도 비교적 선명하게 구분할 수 있다.
동화상의 재생시 응답속도의 높고 낮음은 재생 화면의 품질을 좌우하는데, OLED는 응답속도가 빨라서 잔상이 남지 않아 자연스러운 영상을 표현할 수 있다.저온에서 얼어버리는 LCD와 달리 온도에 구애받지 않고 영상을 즐길 수 있는데다, 소비전력도 LCD의 40% 이하로 알려져 있다. LCD는 화면의 밝고 어두움과 관계없이 무조건 백라이트를 켜야하지만 OLED는 자체 발광인만큼 필요한 부분만 밝히면 되니 전력소모가 그만큼 적은 것이다.
4. AMOLED
OLED는 PM(Passive Matrix type)방식과 AM(Active Matric Type)방식으로 구분되는데, PMOLED는 가로선에 신호를 순차적으로 인가하여 가로 방향의 Dot들이 한 줄, 한 줄씩 순차적으로 발광하는 방식이어서 화면의 밝기와 해상도에 한계가 발생한다. AMOLED는 순차 발광의 단점을 없애기 위해 가로선과 세로선의 교차점에 박막 트랜지스터를 각각 형성하여 Dot 전부가 동시에 발광할 수 있도록 한 방식이다.
주로 핸드폰의 sub창에 사용하였던 PMOLED에 비해 더욱 발전한 형태인 AMOLED는 R,G,B 독립구동 방식이므로 소비전력이 낮고, 높은 퀄리티의 Display구현이 가능하다. PM방식에 비해 복잡한 공정으로 인하여 장비 및 재료비용이 고가이나 이러한 AMOLED의 단점에도 불구하고, 낮은 소비전력, 고화질, 빠른 응답속도, 광시야각, 박형구현이 가능하다.
< AMOLED를 이용한 제품의 특징>
AMOLED를 적용한 제품은 고화질의 디스플레이가 가능하다.또한 기존 디스플레이와 달리 빛을 내기 위한 백 라이트(Back Light)가 없어, 전력소모가 적고 배터리 사용시간이 향상된다. TFT-LCD의 전력소모 기준 대비 34~50% 수준의 전력 소비를 절감할 수 있다. 백라이트 부가 빠지면서 두께(Slim)가 얇아지고 화질의 왜곡이나 정보손상이 전혀 없고 LCD 응답속도의 1,000배 이상 빠르게 영상에 반응한다.
아울러 영상 재생시 빠른 화면에서도 잔상현상이 거의 나타나지 않으며 장시간 시청 시 눈의 피로도를 감소시킬 수 있다.자체 발광이 가능한 유기물질을 이용하기 때문에 야외 및 어두운 곳에서도 선명하고 깨끗한 화질을 감상할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
이처럼 OLED는 휴대용 기기뿐만 아니라 일반 디지털 TV에서도 넓게 사용 될 수 있기 때문에 시장영역이 점차 넓어지고 다양한 전자기기에 활용되고 있다.
5.결론
삼성전자와 LG전자에서 최근 출시한 LED TV는 진정한 의미의 LED TV라고 볼 수 없다. 위에서 언급한 LED Full Panel (AMOLED)을 적용한 것이 아니라LED를 백라이트로 채택한 것이다. (물론 LED가 LCD의 백라이트로 사용됨에 따라 저전력 및 고화질의 효과를 누릴 수 있다.) 고로 2009년의 LED TV는 과도기 상태의 모델이라고 볼 수 있으며, 조만간에 AMOLED가 적용된 디스플레이 디바이스를 기대할 수 있다. 삼성SDI와 Lg디스플레이 등 대표 디스플레이 기업은 각각 OLED 라인을 증설하여 생산 단가를 떨어뜨려 경쟁력을 갖춘 후 향후 OLED 양산에 대비하고 있다.
이미 소니에서 OLED TVXEL-1 모델을 출시하였으나,조그마한 11인치짜리 녀석이 무려 20만엔이라는터무니 없는 가격이 책정되어 있다.
플라즈마 현상이 이미 우리 생활에 많이 쓰이고 있었군요ㅎㅎ 게다가 친환경적으로 활용될 수 있다는 건 처음 알았습니다. 다음글 기대할께요~
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