21세그먼트 빅토리아 시대 디스플레이의 재창조

요즘에는 지나치게 다양한 디스플레이 기술 옵션이 제공되는 것 같습니다. 예를 들면, 최근 Nixie 튜브 6개가 사용된 것처럼 보이는 시계를 보았습니다. Nixie 튜브가 뭐냐고요? Nixie 튜브는 디지털 정보를 주로 힌두-아라비아 숫자 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9로 나타내는 데 가장 많이 사용되는 방식 중 하나입니다. 하지만 1950년대 후반, 1960년대, 1970년대 초반에는 각각 다른 형태로 존재했습니다.

Nixie 튜브의 형태는 진공관과 유사하지만 진공 대신 일반적으로 페닝 혼합물로 알려진 네온에 소량의 수은 또는 아르곤을 섞은 압력이 낮은 기체로 채워집니다. 또한 튜브에는 전선-메시 양극 1개와 음극 여러 개가 있으며, 음극은 숫자 또는 기타 기호의 형태를 띠고 있습니다. 음극과 양극 사이의 수 mA로 약 170V의 전압을 인가하여 각 음극이 특유의 네온 빨간-주황 색상의 빛을 내도록 만들 수 있습니다.

결국, Nixie 튜브는 상업적 응용 분야를 위한 다른 유형의 디스플레이로 바뀌었지만 아직도 여러 애호가, DIY 애호가, 제작자의 사랑을 받고 있습니다. 최근까지 Nixie 튜브를 구하려면 오래된 장비에서 분리하거나 독일 동부 지방 또는 러시아산 NOS(New Old Stock)를 구매해야 했습니다. NOS란 고객에게 판매된 적이 없지만 '새 제품'의 상태로 원래 패키지에 제공되는 오래된 제품 재고를 의미합니다.

그림 1: R|Z568M Nixie 튜브는 기존의 Z568M 튜브와 핀 호환이 가능하며, 디스플레이 크기는 너비 2인치, 높이 4인치입니다. (이미지 출처: Dalibor Farny)

하지만 이 글을 작성하고 있는 시점으로부터 몇 년 전, 체코 공화국의 Dalibor Farny라는 청년이 R|Z568M 튜브(그림 1)를 판매하기 시작했습니다. 여기서 ‘R’은 'Resurrection(부활)'을 의미합니다. 이 대담한 튜브는 너비 2인치, 높이 4인치(대부분의 튜브는 훨씬 작음)로 숫자를 디스플레이하며, 역사상 가장 아름다운 Nixie 튜브 중 하나로 인정받는 원래 Z568M 튜브와 핀 호환이 가능합니다.

실제로 제 사무실에는 Dalibor 튜브 세트가 있습니다. 제 튜브는 구리 양극 메시와 청동 베이스로 구성되어 있습니다. Dalibor Farny가 만든 2개의 스팀펑크 세트 중 하나죠. 주제에서 벗어나고 있네요.

본 칼럼을 시작하며 오늘날 설계자들은 디스플레이 기술에 있어 너무 많은 옵션을 가지고 있다고 말씀드렸습니다. 그 예로, Nixie 튜브 6개가 사용된 것으로 보였던 시계를 언급했습니다. 하지만 자세히 살펴보니 유리관마다 작은 OLED 디스플레이가 들어 있었습니다. 비트맵 이미지를 나타내는 데 사용될 수 있는 이러한 디스플레이는 Nixie 튜브의 양극과 빛나는 음극처럼 보이는 이미지도 표시할 수 있습니다.

모두들 Lite-On Inc.의 LSHD-5601과 같은 7세그먼트 LED 디스플레이에 대해 잘 알고 계실 겁니다. 이 디스플레이는 공통 양극 및 공통 음극 구성에서 다양한 색상으로 제공됩니다. 1970년대 초 이러한 디스플레이가 처음으로 등장했던 때가 기억납니다. 당시에는 빨간색만 제공되었습니다.

이러한 7세그먼트 LED 디스플레이는 곧 시계와 전자계산기 등 숫자를 표시해야 하는 모든 장치에 적용되었습니다. 전자계산기의 경우, 10진수뿐 아니라 16진수를 표시하는 데도 사용될 수 있었습니다. 하지만 알파벳은 대문자와 소문자가 혼합되어 나타났습니다(예: A, b, C, d, E, F).

물론 얼마 지나지 않아 설계자들은 16진수 외에 더 다양한 문자를 표시할 필요성을 느꼈고 이러한 장치의 9, 14, 16세그먼트 버전을 개발했습니다.

다시 즐거움을 주고 있는 구제품들

어떤 이유에선지, 대부분의 사람들은 현재 주변에 보이는 모든 것이 최근에 발명된 것이라고 생각하는 경향이 있습니다. 실제로 거의 모든 것들은 어떤 형태로든 예전부터 존재해 왔습니다. 전도서 1장 9절에서 전도사의 말처럼, “이미 있던 것이 후에 다시 있겠고 이미 한 일을 후에 다시 할지라. 하늘 아래에는 새 것이 없습니다." (이 전도사는 파티에 많이 초대받지 못했던 것 같습니다).

중요한 것은 7세그먼트 LED 디스플레이를 처음 봤을 때, 식빵에 이어 최고의 발명품이라고 생각했습니다. 그 전에도 이런 것이 존재했다는 사실은 전혀 모르고 있었습니다. 그래서 빅토리아 시대였던 1898년 George Lafayette Mason이라는 발명가가 21세그먼트 디스플레이에 대한 특허를 신청했다는 사실을 알고 얼마나 놀랐는지 상상도 하지 못하실 겁니다(특허는 1901년 승인됨). 이 디스플레이의 각 세그먼트에는 작은 백열 전구가 하나씩 들어 있었고, 모든 요소가 복잡한 전기 기계 스위치로 제어되었으며, 이 스위치를 통해 원하는 문자를 나타내야 하는 세그먼트가 활성화되었습니다(그림 2).

그림 2: 1898년 George Lafayette Mason이 발명한 이 디스플레이의 21세그먼트 각각에는 작은 백열 전구가 하나씩 들어 있었으며 모든 요소가 복잡한 전기 기계로 제어되었습니다. (이미지 출처: 미국 특허청)

여기에 대해서 장황하게 설명하고 있는 이유는, 영국에 있는 제 친구 Steve Manley와 제가 세그먼트를 3색 LED로 밝히는 디스플레이의 10자 버전을 만들고 있기 때문입니다. 짧은 세그먼트에는 LED 1개, 긴 세그먼트에는 2개가 포함되어 총 LED 35개가 사용됩니다. 이 디스플레이의 일부로 Steve는 작은 회로 기판(너비 50mm, 높이 64mm)과 10mm 깊이의 3D 인쇄 셸을 설계했습니다(그림 3).

그림 3: 백열 전구 대신 35개의 3색 LED를 사용한 Mason의 10자 디스플레이를 위한 LED 회로 기판(왼쪽)과 3D 인쇄 셸(오른쪽) (이미지 출처: Steve Manley)

데이지 체인으로 연결된 LED는 Adafruit Industries LLC의 4684와 같이 WS2812B의 변형입니다. 각 LED에는 0V 및 5V 단자에 걸쳐 실장된 100nF 커패시터 1개가 연결되어 있습니다. 또한, 기판에는 0V(접지)와 5V 전력 입력에 걸쳐 실장된 47µF 커패시터 1개와 기판의 데이터 입력과 함께 직렬로 실장된 330Ω 저항기 1개가 설치됩니다.

결론

그림 3에서 35개의 3색 LED가 장착된 21세그먼트 기판을 보면 기판 하나로 얼마나 많은 일을 할 수 있는지 생각하게 됩니다. 게다가 스티브와 저는 각각 디스플레이에 기판 10개를 사용하고 있습니다. 숫자, 문자, 문장 기호 외에도 멋진 패턴과 효과를 디스플레이할 수 있습니다. 디스플레이가 소리에 반응하도록 만들 수도 있습니다.

물론, 이를 위해서는 모든 것을 제어하는 수단이 필요하기 때문에 이 작업을 위해 특별한 제어 기판을 설계했습니다. 여기에 대해서는 다음 블로그에서 다루겠습니다. 언제든지 의견, 질문 및 제안 사항을 보내주세요.