05강 기술
[01~04] 다음 글을 읽고 물음에 답하시오.
오늘날 과학과 기술의 발전에 따라 만들어진 전자 디스플레이는 브라운관(CRT) 등을 거쳐 평판 디스플레이(FPD)에 이르고 있다. 그중 LCD(liquid crystal display)는 액정 디스플레이의 약자인데, 1888년 오스트리아의 라이니처가 발견한 액정을 이용한 디스플레이이다. 액정은 고체의 결정과 같은 규칙적인 분자 배열과 액체의 유동성을 동시에 지니는 물질로, 전압을 가하면 액정의 분자 배열이 바뀌는 특성을 지닌다. LCD는 액정의 성질을 이용하여 도형, 문자 또는 그림을 표시하는 장치를 가리킨다.
LCD는 액정 분자들이 전기장에 반응해 정렬될 수 있다는 점과 정렬된 액정 분자들이 빛의 방향을 돌릴 수 있다는 점을 기본 원리로 하고 있다. 빛은 전기장과 자기장이 진동하는 현상이기 때문에 진동 방향이 있는데, 빛의 전기장 진동 방향을 그 빛의 편광 방향이라 한다. 특히 빛이 어떤 특정한 방향으로만 진동하며 진행하는 경우 그 빛은 편광이 되었다고 한다. 일반적인 빛은 전기 장 방향이 계속 변화하며 진행하지만, 편광판을 두면 특정한 편광 방향의 빛만 투과하게 된다. 예를 들어 수직 편광판을 두면 수직 방향으로 편광된 빛만 투과하는데, 수직 편광판 앞에 수평 편광판을 두면 수직 방향으로 편광된 빛은 수평 편광판을 전혀 투과하지 못한다. 만약 액정 분자로 구성된 픽셀이 있을 때 이 픽셀에 전압을 가하면 전압의 크기에 따라 빛의 투과도를 변화시킬 수 있다. LCD는 액정 분자의 배열 방향에 따라 여러 가지 방식이 있는데, 이 중 하나가 TN(twisted nematic) 방식이다.
TN 액정 픽셀 안에는 쌀알 모양의 액정 분자들이 조금씩 돌아가는 궤적을 그리면서 서로 뒤틀려 있다. 액정 뒷면에 위치한 광원에서 나온 빛이 수직 편광판 을 통과하고 나면 수직 편광이 된 빛만 액정 픽셀로 들어온다. 그다음 빛은 서로 조금씩 뒤틀린 액정 분자들을 통과하면 서 분자들의 정렬 상태를 따라 수평 방향으로 정렬되고, 액정 앞면에 있는 수평 편광판을 투과하여 화면이 밝게 보인다. 이 액정에 전압을 가하면 액정 분자들이 수직 방향으로 회전하고 이에 따라 빛도 들어오는 방향과 평행하도록 돌아간다. 그래서 수직 방향으로 들어온 빛은 일렬로 배열된 액정 방향에 따라 수직 방향으로 계속 진행하게 되고, 앞면에 놓인 수평 편광판을 통과하지 못해 화면은 검은색으로 보인다. 이런 액정 픽셀들을 가지고 2차원 배열을 만든 후, 영상 장비로 이용하는 것이 바로 LCD 이다. 흑백 LCD는 빛의 세기만 조절하지만, 컬러 LCD는 적색, 녹색, 파란색의 픽셀들이 하나로 묶여서 각 지점에서의 색을 표현한다. 우리가 LCD 화면에서 보는 다채로운 색상은 이 세 가지 부분의 세기를 조절하여 만드는 것이다. 예를 들어 빨간 사과는 적색 부분만, 노란 병아리는 적색 과 녹색 부분만, 하얀 구름은 세 가지 색 모두가 빛을 내고 있는 것이다.
LCD는 액정 픽셀 뒤에 BLU(back light unit)라 불리는 광원을 따로 두는데 이 광원의 전력 소모가 매우 적은 편이라 LCD는 기존에 사용하던 CRT에 비해 전력 소모가 적다. 뿐만 아니라 CRT는 전자총이 진공 상태에서 전자 빔을 발생시키는 장치로 전자총에서 편향 코일을 거쳐서 전 자가 화면까지 날아가야 하기 때문에 두께를 얇게 만들 수 없는데 비해, 액정을 이용한 LCD는 CRT와 비교도 안 되는 얇은 두께로 만들 수 있다. LCD 기술 개발은 더 선명한 영상을 표현하기 위한 방법들을 찾는 방향으로 가고 있다. 선명한 영상을 표현하기 위해 예전에는 BLU로 형광등을 사용했지만 최근 제품들은 이보다 밝은 LED를 광원으로 사용하며, LCD 픽셀의 크기를 줄이는 연구를 계속하고 있다.
어휘 풀이
✽픽셀: 이미지를 구성하는 가장 작은 단위. 작은 점의 행과 열로 이루어져 있는 화면의 작은 점 각각을 이르는 말이다.
01 윗글의 중심 내용으로 가장 적절한 것은?
① LCD가 구현되는 원리와 특징
② 디스플레이의 발전 과정과 전망
③ 액정의 원리와 LCD 픽셀의 한계
④ 빛의 투과율에 따른 액정의 활용 방안
⑤ 빛의 세기 조절을 통한 색상 표현 방법
02 윗글을 참조할 때, <보기>의 Ⓐ에 들어갈 말로 가장 적절한 것은?
<보기>
3차원 텔레비전은 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 들어가는 영상을 다르게 해 주어 우리가 마치 3차원 물체를 보는 것처럼 착시를 일으키는 기술을 사용한다. 때문에 3차원 텔레비전은 특수 안경을 쓰지 않고 3차원 모드로 설정하고 보면 희한한 영상이 나타난다. 이것은 오른쪽 눈과 왼쪽 눈으로 각각 들어가야 할 정보를 동시에 보여 주기 때문이다. 이를 보기 위해 사용하는 안경은 편광의 원리를 이용하는데, 오른쪽 눈과 왼쪽 눈으로 들어갈 정보를 서로 다른 편광에 실어서 보낸다. 따라서 3차원 편광 안경은 오른쪽과 왼쪽 안경알을 만들 때 ( Ⓐ )
① 모두 수직 편광판을 사용한다.
② 모두 수평 편광판을 사용한다.
③ 수직 편광판과 수평 편광판을 겹쳐 사용한다.
④ 수직 편광판과 수평 편광판을 하나씩 사용한다.
⑤ 모든 방향의 빛이 들어올 수 있는 판을 사용한다.
03 윗글로 미루어 알 수 있는 내용이 아닌 것은?
① 픽셀의 크기가 더 작아지면 LCD 영상은 더 선명해질 것이다.
② 형광등 대신 LED를 광원으로 사용하면 LCD 영상은 더 선명해질 것이다.
③ TN 방식은 액정에 가하는 전압이 커지면 두 번째 편광판을 통과하는 빛의 세기가 커질 것이다.
④ TN 방식은 액정 분자들의 정렬 상태에 따라 첫 번째 편광판을 통과한 빛의 방향이 달라질 것이다.
⑤ 같은 조건에서 동일한 시간 동안 LCD와 CRT로 영상을 시청하면 LCD는 CRT보다 전력을 덜 사용할 것이다.
04 윗글을 읽고 의문이 생긴 학생이 <보기>를 인터넷에서 찾아 읽은 후, 그 의문을 해결하였다. 학생 이 가졌음 직한 의문으로 가장 적절한 것은?
<보기>
LCD에는 TN 방식 외에 VA 방식과 IPS 방식이 있다. VA(vertical alignment)방식은 평소에 수직을 향하고 있는 액정 분자 배열이 전압을 넣으면 수평으로 방향이 전환되며 BLU에서 나온 빛을 화면에 표시하는 방식이다. TN 방식보다 명암비가 우수해서 색이 선 명하지만, 응답 속도가 느리다는 단점이 있다. 이와 달리 IPS(in plane switching)방식은 액정 분자를 수평으로 배열해 이를 제자리에서 회전시키며 BLU에서 나온 빛을 화면에 표시하는 방식이다. VA 방식보다 색 표현력이 우수하며, TN 방식보다 응답 속도가 느리지만 VA 방식보다는 상대적으로 빨라 동영상 등을 볼 때 유리하다.
① LCD에서 이용하는 액정의 성질은 무엇이 있을까?
② LCD에서 사용하는 BLU의 종류에는 무엇이 있을까?
③ LCD에서 TN 방식이 컬러를 나타내는 방식의 문제점은 무엇이 있을까?
④ LCD에서 CRT보다 두께를 얇게 만들기 위해 개발할 기술로는 무엇이 있을까?
⑤ LCD에서 액정 분자의 배열 방향에 따라 TN 방식 외에 다른 방식은 무엇이 있을까?
도움자료
[2015 EBS 인터넷 수능]
화법과 작문 & 독서와 문법 - A
기술 01 ① 02 ④ 03 ③ 04 ⑤
■ ‘ LCD의 구현 원리와 특징’
이 글은 전압을 가하면 분자 배열이 바뀌는 액정과 빛을 특정한 방향으로만 투과시킬 수 있는 편광판을 이용하는 LCD의 원리와 장점에 대해 소개하고 있다. 우선 디스플레이 발전에서 중요한 액정의 발견과 액정의 특성, 편광판과 빛의 진동 방향에 대해 기본적인 개념들을 설명한다. 그 다음으로 광원에서 나와 첫 번째 편광판을 통과한 빛이 전압의 세기에 따라 뒤틀려 있던 액정 분자의 정렬 방향이 바뀌어서 빛의 진동 방향이 달라지고, 그래서 두 번째 편광판을 통과하는 빛의 세기 역시 달라지는 TN 방식을 소개한다. 흑백 LCD 외에도, 적색, 녹색, 파란색 픽셀로 구성된 화소에서 세 부분의 세기를 조절하면 다양한 색상까지 표시할 수 있다고 덧붙인다. 마지막 문단에서는 LCD는 기존에 사용되던 CRT에 비해 전력 소모가 적고 두께가 얇다는 장점을 언급하며, 선명한 영상을 표현하기 위한 연구의 필요성을 강조한다.
액정과 편광을 통해 알아본 LCD의 구현 원리와 특징
1문단: 액정의 발견과 액정의 특성
2문단: 빛의 진동 방향과 편광판의 특징
3문단: TN 방식을 이용한 LCD
4문단: LCD의 장점과 발전 방향
01 중심 화제 파악 ①
① 확인 1 LCD가 구현되는 원리
전압을 가하면 분자 배열이 바뀌는 액정과 빛을 특정한 방향으로만 투과시킬 수 있는 편광판을 이용해서 화면에 보이는 빛의 세기를 조절하는 LCD의 구현 원리를 설명하고 있다.
확인 2 LCD의 특징
CRT와 비교해서 전력 소모가 적고, 두께가 얇다는 LCD의 특징을 소개하고 있다.
② 확인 디스플레이의 발전 과정과 전망
전자 디스플레이가 CRT 등을 거쳐 평판 디스플레이(FPD)로 변천하였음을 간략하게 소개하고 있으나 글의 주요 내용은 LCD를 설명하고 있으므로, 디스플레이의 발전과 전망은 중심 내용이라 할 수 없다.
③ 확인 LCD 픽셀의 한계
LCD에서 액정이 어떤 원리로 작동하는지에 대한 설명과 LCD 픽셀의 크기를 줄이는 연구가 진행되고 있음을 소개하고 있지, LCD 픽셀의 한계에 대해서는 서술하고 있지 않다.
④ 확인 액정의 활용 방안
액정이 전압의 크기에 따라 빛의 투과도를 조절할 수 있고, 이를 활용하여 LCD를 만든다는 것은 알 수 있지만, 빛의 투과율에 따른 액정의 활용 방안은 소개하고 있지 않다.
⑤ 확인 색상 표현 방법
LCD가 빛의 세기를 조절해서 다채로운 색상을 표현하는 방법을 언급하고 있으나, 3문단 일부에서만 다루는 내용이므로 이를 중심 내용이라 할 수 없다.
02 다른 상황에 적용하기 ④
④ 확인 수직 편광판과 수평 편광판을 하나씩 사용
오른쪽과 왼쪽 눈에 들어갈 정보를 달리하려면 서로 다른 빛이 들어가야 한다. 따라서 안경에 방향이 다른 편광판을 사용하면 양쪽 눈에 들어오는 정보가 달라질 수 있다.
①, ② 확인 모두 수직 편광판을 사용 / 모두 수평 편광판을 사용
안경의 양쪽에 동일한 편광판을 설치하면 두 눈에 들어가는 정보를 분리할 수 없기 때문에 화면이 3차원으로 보이지 않는다.
③ 확인 수직 편광판과 수평 편광판을 겹쳐 사용
편광판을 겹치면 빛이 통과하지 못하기 때문에 텔레비전 화면을 볼 수 없게 된다.
⑤ 확인 모든 방향의 빛이 들어올 수 있는 판을 사용
모든 방향의 빛이 들어올 수 있는 판은 두 화면 정보가 모두 들어가기 때문에 텔레비전 화면을 3차원으로 볼 수 없다.
03 인과 관계, 상관관계 추론 ③
③ 확인 1 전압이 커지면
액정 분자로 구성된 픽셀에 전압을 가하면 전압의 크기에 따라 빛의 투과도를 변화시킬 수 있다.
확인 2 두 번째 편광판을 통과하는 빛의 세기가 커질 것임
전압을 가하면 액정 배열이 일렬로 정렬되어 빛이 두 번째 편광판을 통과하지 못하게 되므로, 전압이 커지면 두 번째 편광판을 통과하는 빛의 세기가 커진다는 진술은 적절하지 않다.
① 확인 더 작은 픽셀
4문단에서 선명한 영상 표현을 위해 LCD 픽셀의 크기를 줄이는 연구를 계속하고 있다고 하였으므로, 픽셀의 크기가 작아지면 LCD 영상이 더 선명해질 것이라는 것을 알 수 있다.
② 확인 형광등 대신 LED
4문단에서 선명한 영상을 표현하기 위해 최근 제품들은 형광등보다 더 밝은 광원인 LED를 사용한다고 했으므로, 형광등 대신 LED를 광원으로 사용하면 영상은 더 선명해지게 된다.
④ 확인 액정 분자들의 정렬 상태
첫 번째 편광판을 통과하여 편광이 된 빛이 액정 분자들의 정렬 상태에 따라 달라지므로, 액정 분자들의 정렬 상태가 달라지면 첫 번째 편광판을 통과한 빛의 방향이 달라진다고 할 수 있다.
⑤ 확인 LCD는 CRT보다 전력을 덜 사용
4문단에서 기존에 사용하던 CRT에 비해 LCD는 전력 소모가 적다는 장점이 있다고 하였으므로, 동일한 시간을 사용해도
LCD가 전력을 덜 사용할 것이라는 것을 알 수 있다.
04 전제, 결론 추론 ⑤
⑤ 확인 1 액정 분자의 배열 방향
2문단을 보면 액정 분자의 배열 방향에 따라 여러 가지 방식이 있다고 하였고, 지문에서는 TN 방식만 소개하고 있으므로, 학생이 그 외에 다른 방식에 대해 의문을 가질 수 있다.
확인 2 TN 방식 외에 다른 방식
TN 방식 외에 다른 방식으로 VA 방식과 IPS 방식을 소개하고 있으며, 두 방식은 각각 액정 분자의 배열이 다르다.
① 확인 액정의 성질
액정은 고체와 액체의 성질을 동시에 지니며 전압을 가하면 액정의 분자 배열이 바뀌는 성질이 있는데, 이를 LCD에 이용한다고 하였으므로 이 글을 읽고 생기는 의문으로 적절하지 않다.
② 확인 BLU의 종류
BLU로 예전에는 형광등을 사용했지만, 최근 제품들은 이보다 밝은 LED를 광원으로 사용한다고 서술되어 있으므로 이 글을 읽고 생기는 의문으로 적절하지 않다.
③ 확인 TN 방식이 컬러를 나타내는 방식의 문제점
이 글에서 TN 방식이 세 가지 색의 픽셀들이 하나로 묶여서 색을 표현한다고 설명하고 있으나, 이러한 방식의 문제점이 무엇인지 설명하고 있지 않으므로 의문을 가질 수 있다. 그러나 <보기>의 글에서 이를 해결할 수 없다.
④ 확인 CRT보다 두께를 얇게 만들기 위해 개발할 기술
액정을 이용한 LCD는 전자총에서 편향 코일을 거쳐 전자가 화면까지 날아가야 하는 CRT보다 두께를 얇게 만들 수 있다고 하였다. 이미 CRT보다 LCD의 두께가 얇기 때문에 CRT보다 두께를 얇게 만들기 위해 개발할 기술이 무엇인가에 대한 의문은 이 글을 읽고 생기는 의문으로 적절하지 않다.