3. 플랫 패널 디스플레이(FPD)
앞에서 Projection, Off-Screen, 그리고 Direct-View 타입의
CRT방식에 대해 언급하며 각 디스플레이의 간단한 특징과 활용성에 대해 언급했는데, 이제 본격적으로 이번 기사를 통해 언급할 Flat Panel
Display에 대해 이야기하기에 앞서 디스플레이의 해상도에 대해 잠시 언급하고자 한다.
해상도(Resolution)과 ppi의 차이는?
디스플레이는 흔히 '픽셀 수(가로x세로 픽셀 수)'를 의미하는 해상도(Resolution)와
화면의 크기를 고려한 '인치(Inch)당 픽셀 수'를 뜻하는 ppi(pixels per inch) 2가지를 언급한다. 일반적으로
해상도(Resolution)는 데이터가 가지고 있는 픽셀 수(예를 들면 1920x1080 또는 1024x768)를 의미하는 반면에, ppi는
프린터의 해상력을 뜻하는 dpi(dots per inch)를 생각하면 이해하기 쉬운데, 같은 면적일 때 ppi가 높은 디스플레이는 더 미세한
픽셀을 구현할 수 있다.
같은 면적 안에 픽셀 수가 많을 수록 ppi가 높다.
일반적인 50인치 TV의 Full-HD 제품의 절대해상도인 ppi는 44ppi 이며,
PC모니터의 경우 24인치 Full HD를 기준을 했을 때 92ppi, 아이패드2 가 134ppi, 갤럭시 S2가 217ppi이며, 아이폰4가 326ppi로
현재 판매되는 스마트폰 디스플레이 중 가장 ppi가 높다.
기기에 따라 ppi가 다른 이유는 패널과 눈과의 거리 때문인데, 일반적인 50인치 TV의
경우 보통 3~4M 이상 떨어져 보기 때문에 도트가 보이지 않지만, 가까이 가면 도트가 훤하게 보인다. 이러한 논리로 스마트폰과 같이 눈과의
사이가 가까운 제품일수록 ppi가 높은데, 참고로 현재 인간이 맨눈으로 픽셀을 구분해 낼 수 있는 ppi는 약 380~400ppi라고 알려져
있다.
최근 스마트폰과 같이 가까이서 보는 작은 화면에서의 디스플레이 기술이 발달하면서
ppi가 강조되고 있는데, 디스플레이의 입장에서 ppi는 곧 더 섬세한 화면을 구현할 수 있는 능력이라고도 할 수 있으며, 이러한 ppi는
디스플레이의 종류에 따라 현재의 기술로 구현 가능한 정도가 차이가 난다. 이에 대해서는 각 디스플레이의 특성에 대해 설명하면서 언급하도록 한다.
Direct View 타입의 FPD (Flat Panel Display)
스크린에서 직접 빛을 내는 Direct View 방식의 CRT는 실사에 가장 근접한 색재현율과 PC모니터에 적절한 해상도 및 크기를
제공하면서도 LCD에 비해 가격이 저렴하다는 장점이 있음에도, 구조적 특성상 해상도가 높아질 수록 두꺼워질 수 밖에 없어 일정 해상도 이상을
지원하지 못하는 치명적인 단점이 있다.
이에 따라 CRT의 두께를 줄여 '슬림'한 디스플레이를 제작하기 위해 등장한 방식이 바로 FPD (플랫패널 디스플레이) 이며 현재 가장 많이
사용되는 디스플레이 방식이다. 현재 대부분의 PC모니터, TV 또는 스마트폰에 사용되는 LCD, PDP, OLED가 모두 FPD에 속하며, 가장 많이 사용되는 기술이면서
기술발전이 가장 많이 이루어지기도 했다.
같은 Direct View 타입의 CRT에 비해
플랫패널 디스플레이가 가진 가장 큰 장점은 10cm 이하의 두께로 디스플레이를 제작할 수 있다는 점이다. 따라서 CRT에 비해 공간사용 효율이
커지게 되었으며, 1080p Full HD 해상도를 지원하는 40인치 급 이상의 디스플레이가 등장하게 되었다.
발광형과 비발광형으로 분류되는 FPD
FPD는 구현방식에 따라 발광형(Emitter)과 비발광형(Non-Emitter)으로 나뉜다.
렌즈에서 투사한 영상이 스크린에 맺히는 Projection 타입과 달리 스크린에서 직접적으로 빛을 내는 방식의 FPD는 '발광형 소자(물질)'를 사용한 방식인가 아닌가에 따라서,
즉 다시 말해 별도의 백라이트(Back light)가 필요한가 아닌가에 따라 발광형과 비발광형으로
나뉜다.
발광형(Emitter)은 발광다이오드 형식의 유기물을 발광소자로 사용하여 제조하는 OLED방식과 플라즈마에
고전압을 걸어 빛을 내게 하는 PDP방식이 있고, 비발광형(Non-Emitter)으로는 백라이트의 빛을 조절해 통과시키는 방식의 LCD가 대표적인 방식이다.
이러한 발광형과 비발광형에 대한 차이는 OLED나 PDP, LCD 방식의 특장점을 만들어내는
상당히 중요한 분류에 속하며, 명암비, 응답속도, 시야각, 그리고 해상도와 색감의 차이는 발광형과 비발광형에 따른 기술의 근본적 특성에 기인한
것이라고 할 수 있다.
Active-Matrix(능동형)와 Passive-Matrix(수동형)
디스플레이에 관한 이야기를 하다가 갑자기 영문법에 나올만한 능동형과 수동형이라는 단어의
등장에 의아해할 분들이 다소 있을 것으로 생각한다.
오해 없으시길...
앞서 밝혔듯이 구현방식에 따라 PDP와 OLED는 발광형, 그리고 LCD는 비발광형으로
나뉘는데, 그 중에서 OLED와 LCD는 그 설계 방식에 따라 다시 능동형과 수동형으로 구분된다.
Active-Matrix(능동형)
OLED는 AM OLED라고 불리며, 이를 삼성전자에서 마케팅화한 이름이 바로 'AMOLED(아몰레드)'다. 마찬가지로 능동형 LCD는 AM LCD, 다른말로 TFT-LCD라고 부른다.
또한 Passive-Matrix(수동형)은 각각 PM OLED, PM LCD라는 이름을 갖고 있다.
PM방식과 AM방식에 따른 구조도, PM OLED(좌),
AM OLED(우)
PM(Passive-Matrix)방식은 Scan Line이 순차적으로 선택될 때,
Data Line의 신호에 따라 선택된 픽셀이 순간적으로 매우 강한 신호를 주입하는 방식이며, AM(Active-Matrix)방식은 Scan
Line이 순차적으로 선택될 때 Data Line의 신호에 따라 선택된 픽셀이 다른 신호, 즉 다음 프레임이 입력될 때까지 계속 신호를 주입하는
방식이다.
PM방식은 소자컨트롤이 어려운 반면 AM방식은 소자를 원하는 대로 컨트롤할 수 있는 장점을 갖고 있다. 다음 표와 구동 예를
통해 PM과 AM의 차이에 대해 더 자세히 알아보도록 하자.
시간에 따른 Data 신호와 Scan line의 순차적 선택
t4일 때 SCAN Line과 Data Line 구동에 따른 PM (왼쪽) 과 AM
(오른쪽) 구동 결과의 차이
상단의 그림은 시간대역에 따른 각 신호별 인가신호를 도표화 한 것이며, 하단의 그림은 상단 신호에 따른 PM방식과 AM방식에 대한 결과물의
차이를 그림으로 그린 것이다.
하단그림에서 나타낸 시간대는 상단그림에서 t4에 해당하는 구간일 때이며, PM 방식은 Data Line과 Scan Line이
일치하는 순간에만 발광하므로 t4 구간일 때 On 되는 Data1, Data6 라인과 Scan4라인이 겹치는 (D1,S4)와 (D6,S4) 의
픽셀
2개에만 신호가 들어온다.
그러나 AM방식은 Scan Line이 순차적으로 선택되면서 Data Line의 신호에
따라 픽셀을 선택하고 다음 Data 신호가 다시 입력될 때 까지 Capacitor와 TR(트랜지스터)구동으로 인해
계속 '켜져있는'상태를 유지하므로, t4 시간대에는 앞서 t1 ~ t3 구간에서 ON 된 모든 픽셀이 켜져 있는 상태에서 t4 구간 대에 구동되는
(D1,S4)와 (D6,S4)가 모두 ON된다.
이러한
구동방식의 차이 때문에, 일반적으로 TR가 없는 PM방식은 소자를 구동하려면 항상 전류가 인가되어야 하는 문제가 있다. 이 때문에 고해상도가 어려워 왼쪽 그림과 같은
저해상도 디스플레이나 VFD(진공형광디스플레이, 전자손목시계 등에서 사용됨)디스플레이와 같은 소형 디스플레이를 중심으로 활용되고 있으며,
요즘에는 카오디오, DSLR 표시 창 등과 같은 곳에서 자주 볼 수 있다.
반면에 AM방식은 제조과정은 PM보다 까다롭고 복잡하지만, 각 픽셀마다
Capacitor와 TR이 존재해, 동시에 여러 개의 픽셀 컨트롤이 쉬워져 원하는 형상의 구현이 가능하다. 이를 활용해 PC 모니터 또는 TV와
같은 고해상도와 고밀도 디스플레이에서 많이 사용되며, 일반적인 PC모니터나 TV의 TFT-LCD는 AM-LCD를 뜻하며, AMOLED 역시
AM방식 OLED를 마케팅화한 이름이다.
이번 기사를 통해 계속해서 등장하고 소개할 OLED와 LCD는, TR이 없는 PM방식이
아닌 TR을 활용한 AM방식의 디스플레이에 대해 이야기 할 예정이다.
이러한
구동방식의 차이 때문에, 일반적으로 TR가 없는 PM방식은 소자를 구동하려면 항상 전류가 인가되어야 하는 문제가 있다. 이 때문에 고해상도가 어려워 왼쪽 그림과 같은
저해상도 디스플레이나 VFD(진공형광디스플레이, 전자손목시계 등에서 사용됨)디스플레이와 같은 소형 디스플레이를 중심으로 활용되고 있으며,
요즘에는 카오디오, DSLR 표시 창 등과 같은 곳에서 자주 볼 수 있다.
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