스토리 2020.09.25

[호기심 과학] 디스플레이의 색상은 어떻게 만들어질까? 빛의 합성과 디스플레이!

하루 종일 손에서 놓지 않는 스마트폰, 업무와 공부를 위해 내내 들여다보고 있는 PC나 노트북의 모니터, 그리고 휴식을 원하는 순간에도 켜놓고 있는 TV. 우리는 아침에 눈을 뜨고 잠에 들기 직전까지 일상을 디스플레이와 함께한다. 그렇다면 디스플레이의 화려하고 선명한 색상은 어떻게 만들어질까? 오늘 칼럼에서는 빛의 합성을 통한 디스플레이 색상 구현에 대해 함께 알아보자.   디스플레이의 픽셀과 해상도가 가지는 의미는? 요즘 하루가 멀다 하고 기능이 강화된 새로운 스마트폰 제품들이 쏟아져 나오다 보니 약정 기간만 지나기를 애타게 기다렸다가 새 폰으로 갈아타게 되는 경우가 많다. 교체 대상이 되는 여러 스마트폰 중 어떤 것을 선택할지 결정하기 위해서 상세 스펙을 비교하게 되는데, 이때 필자는 디스플레이 항목에서 해상도가 얼마나 되는지를 체크한다. 해상도를 이해하기 위해서는 먼저 픽셀(Pixel)을 알아야 한다. 스마트폰이나 모니터, 그리고 TV 모두 현미경적 수준에서 들여다보면 픽셀(화소, 畵素)로 이루어져 있고, 이 픽셀의 수가 많으면 많을수록 더욱더 세밀한 표현을 할 수 있다. 이 픽셀들은 빛의 3원색인 빨강(R, red), 초록(G, green), 파랑(B, blue) 값을 표현하는 부분 픽셀(Sub-pixel)들로 구성되어 있는데, 각각의 픽셀은 이 부분 픽셀이 표현하는 빛의 양과 색의 조합을 통해서 다양한 색상을 표현하게 된다. 필자의 폰인 갤럭시 S20 울트라의 경우 3200 X 1440의 해상도를 가지고 있다. 이것은 가로 축에 3200개, 세로 축에 1440개의 픽셀이 배치되어 있다는 뜻이다. 그렇다면 갤럭시 S20 울트라의 전체 픽셀 수를 계산해보자. 가로, 세로의 픽셀 수를 곱하면 결과 값은 4,608,000으로, 무려 4,608,000개의 픽셀로 화면이 꽉 차 있다는 의미이다. 즉, 해상도란 디스플레이 표현이 얼마나 세밀한지의 정도를 나타내는…
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스토리 2020.09.22

과학·공학의 필수! 주기를 그리는 ‘삼각함수’

  고대 문명에서 발견된 삼각형의 진리 기원전 4,000년경, 티그리스강과 유프라테스강 사이에 형성된 넓고 비옥한 평야에서 세계 4대 문명 중 하나인 메소포타미아 문명이 탄생한다. 메소포타미아 지역(현재의 이라크 주변)의 남쪽 지역에는 바빌로니아 왕국이 있었는데, 바빌로니아인들은 설형문자, 일명 쐐기문자를 만들어 인류 문명의 씨앗을 싹트게 했다. 이 지역에서는 질 좋은 점토를 쉽게 구할 수 있었다. 바빌로니아인들은 이를 이용해 점토판을 만들었고, 그들이 깨우친 진리를 쐐기 문자로 새겼다. 여기에는 지리학, 천문학, 법학에 이르기까지 무수히 많은 내용이 담겨있다. ▲ 바빌로니아 수학에 관한 내용을 담은 점토판 ‘플림톤 322(Plimpton 322)’ (출처: 위키백과) 이들 점토판 중에는 알 수 없는 숫자의 배열이 담긴 점토판(Plimpton 322)이 있었는데, 훗날 이 숫자는 삼각형의 세 변과 각도의 비율을 관계식으로 나타낸 ‘삼각법’이라는 사실이 밝혀졌다. 직각삼각형의 빗변은 늘 밑변, 높이와 일정한 비율을 갖고 유지하고 있는데 삼각법은 이들의 비율을 나타낸 관계식이다. 연구자들은 이들이 사원, 궁전 등을 건축하기 위해 삼각법을 이용했을 것으로 추측한다. 이후 동서양을 막론하고 삼각형 각과 변의 길이를 다룬 학자는 끊임없이 등장했다. 기원전 200년 전의 천문학자 히파르코스도 삼각함수표를 만들었다는 사실이 알려져 있다. 현재 우리가 알고 있는 삼각함수의 원형은 굽타 시대 인도에서 비롯된 것으로 여긴다. 실제로 삼각함수 용어 사인(sine)은 인도의 산스크리트어에서 나온 말이다. 인도에서 연구된 삼각함수는 이슬람을 거쳐 유럽으로 넘어갔다. 그리고 1748년 스위스에서 태어난 수학자 레온하르트 오일러가 ‘사인’ ‘코사인’ 등 지금의 삼각함수 약어를 만들어 정립했다.   원에서 탄생한 삼각함수 직각삼각형은 두 변이 이루고 있는 한 각이 직각(90도)인 삼각형이다. 삼각함수의 삼각비는…
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일상 속 디스플레이 2020.09.22

일상 속 디스플레이의 발견 17편: 두 배로 커진 화면, 즐거움도 두 배!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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일상 속 디스플레이 2020.08.31

일상 속 디스플레이의 발견 16편: 오랫동안 즐겨도 편안한 시청환경!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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일상 속 디스플레이 2020.08.24

일상 속 디스플레이의 발견 15편: 스마트폰 게임은 OLED로 스피디하게 즐긴다!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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[호기심 과학] 습도 100%가 되면 어떤 일이 벌어질까? (feat. 절대습도 vs. 상대습도)
스토리 2020.08.21

[호기심 과학] 습도 100%가 되면 어떤 일이 벌어질까? (feat. 절대습도 vs. 상대습도)

우리나라에서는 매해 6월 하순부터 7월 하순 정도까지 대략 한 달 정도 장마 전선이 머물러 있게 되는데, 이 장마전선을 형성하는 것은 북태평양 기단과 오호츠크해 기단이다. 온도가 서로 다른 두 기단이 만나 세력을 다투는 동안 장마전선이 오르락내리락하면서 비가 지속적으로 내리게 된다. 장마 기간에는 평균 습도가 연중 최고치인 80∼90%까지 올라간다. 올해의 경우 장마 기간 동안 최고 습도가 96%까지 이르며 빨래가 거의 마르지 않는 상태처럼 높은 습도를 경험하는 지역도 있었다. 그렇다면 습도 100%가 되면 어떤 일이 벌어지는 걸까? 그리고 물속에서는 습도가 100%인 걸까? 그런데 우리가 흔하게 접하는 습도는 사실 ‘상대습도’라는 개념이라고? 오늘 칼럼에서는 습도의 개념과 습도가 우리에게 미치는 영향에 대해 함께 알아보자.   절대습도, 상대습도 두 가지가 있다고? 공기 중에 실제로 어느 정도의 습기가 있는지를 나타내는 지표는 ‘절대습도’다. 하지만 실제로 우리가 생활에서 접하고 사용하는 습도는 대부분 ‘상대습도’라는 사실. 상대습도가 뭔지 알기 위해서는 먼저 절대습도의 개념부터 알고 있어야 한다. 습도와 관련하여 반드시 알아야 할 과학적인 용어들을 정리하면 다음과 같다. 앞에서 언급한 장마철 습도, 일기예보에 등장하는 습도 모두 % 단위로 표시하는데 이는 포화 수증기량에 비해 현재 수증기량이 얼마나 들어있는지를 백분율로 나타낸 ‘상대습도’이다. 일반적으로 우리가 사용하는 습도란 ‘상대습도’를 짧게 줄여서 ‘습도’라고 표기하는 것이다. 반면 ‘절대습도’는 1m3의 대기 중에…
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세상에서 가장 아름다운 수학 공식! ‘오일러 항등식’
스토리 2020.08.19

세상에서 가장 아름다운 수학 공식! ‘오일러 항등식’

전 세계에서 가장 아름다운 해변들로 손꼽히는 멕시코 마리에타 섬의 히든 비치나 바하마의 핑크샌드 비치는 사진으로만 봐도 입이 벌어진다. 폭포나 계곡, 혹은 깎아지른 절벽과 같은 절경이 아름답다는 건 누구도 부정하지 않는다. 하지만 아름다움의 대상이 수학이라면 어떨까? 정신 나간 소리처럼 들릴지 모르겠지만, 1988년 매서매틱컬 인텔리전서라는 미국의 한 수학 잡지에서 실제로 비슷한 내용의 설문조사를 진행했다. 널리 알려진 공식 24개를 제시하고, 이 중에서 가장 아름다운 수학 공식을 고르라는 것이었다. 2년에 걸친 투표 끝에 최종 우승한 식은 바로 오일러 공식의 특수한 형태인 ‘오일러 항등식’이었다.   두 눈이 머는 순간까지 계산에 몰두했던 수학자 ▲천재 수학자 오일러 (출처: 위키백과) 오일러 항등식의 주인공인 오일러는 스위스 출신으로 독실한 종교 집안의 육 남매 중 첫째로 태어났다. 그의 아버지는 사랑하는 아들이 자신의 뒤를 이어 신학을 공부하길 소망했으나, 오일러는 수학을 너무 좋아했고 늘 수학 문제를 해결하는 데 온 힘을 쏟았다. 결국 당대 최고의 수학자 요한 베르누이가 그의 재능을 눈여겨보고 아버지를 설득해 준 덕분에 오일러는 수학 공부를 시작할 수 있었다. 13살의 어린 오일러는 바젤대학교에 입학했고, 석사와 박사학위를 6년 만에 빠르게 마쳤다. 러시아로 온 그는 24살에 물리학과 교수가 되었고, 외국인임에도 러시아에서 수학 교과서를 집필해냈다. 그 외에도 러시아 정부의 요청에 따라 많은 문제를 해결했는데, 그중…
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스토리 2020.08.04

늘어나는 인구수를 예측하는 방법? ‘지수함수와 예측모델’

바이러스는 숙주세포의 핵 속에 있는 핵산(DNA 혹은 RNA)의 복제 장치를 이용해서 자기와 똑같은 개체를 수없이 많이 복제한다. 이때 숙주세포가 갖는 많은 기능이 활성화되지 못하게 되므로 우리 면역계가 이 바이러스에 감염된 숙주세포를 죽인다. 그리고 바이러스에 공격당한 숙주세포가 지나치게 많으면 바이러스 질환이 나타난다. 박테리아와 같은 세균은 일정한 시간이 지나면 1개가 2개로 자기 복제하며 분열하지만 바이러스는 숙주세포에 기생하기 때문에 빠르게 자기와 똑같은 개체를 만든다. 이처럼 바이러스의 분열이 세균의 분열보다 훨씬 빠르지만, 여러분의 이해를 돕기 위해 바이러스가 매시간 분열하면서 2배씩 늘어난다고 가정해보자. 1개의 바이러스로 시작하여 하루가 지나면 몇 개로 늘어날까? 즉, 1시간이 지나면 2개, 2시간이 지나면 4개, 3시간이 지나면 8개와 같이 증가할 것이고, 하루는 24시간이므로 1개의 바이러스는 하룻밤 만에 224=16,777,216개가 된다.   실생활에서 발견할 수 있는 지수함수 예시 실생활에서 이처럼 2배씩 증가하는 간단한 예는 수타면과 꿀타래이다. 수타면을 만들려면 밀가루 반죽을 길게 늘여 반으로 접고 다시 늘려 반으로 접기를 반복한다. 그러면 면발의 수는 차례로 1, 2, 4, 8, 16 등으로 늘어나게 된다. 그래서 맛있는 수타면을 만들기 위해 10번의 늘리기를 반복했다면 면발의 수는 210=1024가 된다. 이제 2배씩 늘어나는 상황을 a배씩 늘어나는 경우로 생각을 넓혀보자. 만일 어떤 바이러스가 매시간 분열하며 a배 늘어난다면  x시간이 지난 후에 바이러스는 ax개가 된다. 이때, a가 1이 아닌 양수이면 실수 x에 대하여 ax의 값은 하나로 정해진다. 따라서 에 ax를 대응시키면 y=ax은 x의 함수이다. 이 함수를 a를 밑으로…
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스토리 2020.07.22

[호기심 과학] 해변에 숨어있는 디스플레이와 반도체 재료!

여름철 인기 휴양지로 꼽히는 시원한 바다! 비록 파라솔 간격을 2미터 이상 두는 등 거리두기를 실천해야 하는 상황이긴 하지만 그럼에도 불구하고 바다는 여전히 우리 마음을 설레게 하는 매력적인 공간이다. 그런데 혹시 독자 여러분들은 해변에서도 디스플레이와 반도체의 재료가 되는 광물들을 찾아볼 수 있다는 사실을 아셨는가? 이번 편에서는 광물과 암석의 다른 점이 무엇이고, 해변의 모래가 어떻게 디스플레이와 반도체의 재료가 될 수 있는지 알아보자.   광물과 암석의 차이는 무엇일까? ▲순물질로 이루어진 광물 종류의 다이아몬드(왼쪽), 혼합물로 이루어진 암석 종류의 화강암(오른쪽) SiO2라는 화학식으로 나타내는 이산화규소는 반도체의 소재가 되는 규소에 산소가 화합한 화합물이다. 이산화규소가 주요 성분인 석영(크리스탈, 수정)은 규산염 광물 중의 하나이다. 지구 지각 전체의 약 97%를 차지하고 있는 규산염 광물의 종류에는 석영 외에도 장석, 흑운모, 각섬석, 휘석, 감람석 등이 있다. ‘광물’과 ‘암석’은 모두 비슷한 돌로 보이지만 똑같은 돌은 아니다. 광물은 순물질이고 암석은 혼합물이다. 즉 홑원소물질이거나 화합물로 순수한 상태의 광물이 모여서 암석을 이루고 있는 것이다. 그래서 광물과 암석의 가장 큰 차이점은 ‘가격에서도 드러난다. 당연히 순물질이면서 더 귀한 광물이 비싸고, 혼합물이면서 흔한 암석은 싸다. 가장 비싸면서 단단한 광물은 C(탄소)만으로 이루어진 금강석, 즉 우리가 최고의 보석으로 알고 있는 다이아몬드이다. 반면 광물에 비하면 가격이 훨씬 싸고, 또 우리나라에서 제일 흔한 암석 중 하나가 화강암인데 주로 건물 외벽에 마감재로 붙이는 용도로 많이 사용한다.   해변의 모래 속에 포함된 반도체, 규소! 우리 주변에서 정말 흔하게 많이 관찰되는 화강암은 반도체를…
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일상 속 디스플레이 2020.07.21

일상 속 디스플레이의 발견 14편: 삼성 OLED, 물감보다 생생한 컬러!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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