스마트폰 보급률이 높아지고 태블렛 PC 등 휴대용 스마트 기기가 늘어나면서 우리는 눈으로 풍경을 보는 시간은 줄어들고 디스플레이를 들여다보는 시간이 늘어가고 있습니다. 네트워크와 연결된 디스플레이 속 세상은 공간의 제약을 무너트리고 수많은 정보와 관계를 우리에게 제공하고 있습니다.이게 다 디스플레이의 발전과 통신의 발전이 만든 신풍속도입니다. 디스플레이 제조회사들은 더욱 선명하고 깨끗하고 정확한 디스플레이를 제조하기 위해 많은 노력을 하고 있습니다. 그런데 우리는 이 디스플레이를 매일 들여다보면서도 디스플레이의 종류나 역사에 대해서는 잘 모르는 분들이 많습니다. 이 포스팅에서는 현재 가장 주목을 받고 있는 LCD 평판 디스플레이의 역사와 함께 현재 PC와 TV 그리고 스마트폰 디스플레이의 종류와 특징과 장단점을 소개하겠습니다.
평판 디스플레이의 핵심 재료인 액정은 액체와 고체의 성질을 가진 물질
액정 물질은 참 신기한 물질입니다. 저온에서는 고체(결정) 상태로 있다가 고온에서는 액체 상태가 됩니다. 상온에서는 액체와 고체의 중간 형태인 액정으로 존재하죠. 이 액정 물질을 처음 발견한 것은 1888년 오스트리아 식물학자인 '프리드리히 라이니처(Friddrich Reintzer)입니다. 콜레스테롤과 안식향산의 에스텔 화합물을 결정(고체) 상태로 만드는 데에 성공하고 그 결정을 가열하면 녹아서 백색의 탁한 액체가 되었다가 조금 더 가열하면 투명한 액체가 되는 것을 발견합니다. 이후 독일 물리학자인 오토 레마(Otto Lehmann)이 액체이면서 결정(고체)의 성질을 가지는 물질을 증명한 후 여러 과학자를 거쳐서 1962년 미국 RCA가 액정 물질을 바른 패널 위에 전기 자극을 주면 Nematic 액정이 투명한 유백색으로 변화하는 것을 발견합니다.이후 1964년에 미국 RCA사는 이 신기한 물질을 디스플레이 표시가 가능한 가능성을 보고 1968년 세계최초의 LCD 시제품을 만든 후 1973년 상용 제품이 나오기 시작합니다. 그 첫 상용제품은 전자시계와 전자계산기였습니다.기억하시나요? 70,80년대 학생들이 가장 갖고 싶어했던 아이템 중의 하나가 전자시계였습니다. 지금이야 휴대폰이 시계역할을 하기에 시계를 차고 다니는 분도 많지 않지만, 당시만 해도 시계는 부러움의 대상이었습니다 .아날로그 시계는 비싸서 어른들만 차고 다녔고 학생들은 아날로그 시계보다 싼 전자시계를 갖고 싶어 했습니다. 국민학교 2학년 때로 기억나는데 누가 선물해준 것인지는 기억나지 않지만, 미키마우스가 그려진 손목시계를 선물 받고 한 1주일은 자랑하고 다녔던 기억이 나네요.
수업이 지루하면 전자시계를 장난감 삼아서 초치기나 11:11이나 3:33분 같이 같은 숫자가 나오는 시간에 우연히 들여다보고 기분이 좋았던 기억도 납니다. 이 전자시계와 계산기는 모두 액정을 이용한 디스플레이였고 이 액정 디스플레이를 이용한 휴대용 게임기도 꽤 인기가 많았습니다. 시계를 들여다 보다가 59분에서 00분으로 되던 그 찰나의 순간에 액정의 검은색이 바뀌는 그 순간은 정말 짜릿했습니다
지금이야. 그게 전혀 신기하지 않지만 새로운 디스플레이를 만난 감흥은 아직도 생생하네요이 액정은 유기화합물로 봉 모양의 액정분자를 전압을 가하고 가하지 않고 (ON / OFF)를 이용해서 액정 분자를 일정 방향으로 향하게 하여 빛을 통과 시키거나 차단함으로써 화면을 검게 혹은 하얗게 만들면서 디스플레이의 신세계를 열었습니다.
LCD 디스플레이를 모니터와 TV용으로 확대시켜준 TFT-LCD(박막 트랜지스터 LCD)
이 전자시계나 전자계산기 그리고 여전히 곳곳에서 사용되고 있는 LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이는 세그먼트 방식 디스플레이로 다양한 이미지를 표현할 수 없고 문자나 숫자 정도만 표현할 수 있습니다. 하지만 시대가 발전하면서 문자와 같은 텍스트를 넘어 이미지와 동영상 등 보다 역동적인 모습을 LCD 디스플레이에 담고자 하는 욕망이
TFT-LCD(Thin Film Transistor)를 탄생하게 됩니다.
LCD 평판 디스플레이의 가장 큰 장점은 얇다는 것입니다. 이 얇다는 것은 책상 위의 공간을 크게 늘려준다는 소리이고 이 얇다는 큰 장점으로 CRT라고 하는 브라운관 모니터를 밀어냈습니다. 그 얇은 LCD 디스플레이 속을 들여다보면
여러 층으로 된 모습을 볼 수 있습니다. 자세히 설명하면 지루해 하실 것 같아서 간단하게 소개를 하겠습니다.
가장 아래에 백 라이트가 있습니다. 형광등이라고 볼 수 있는 냉음극 형광램프(CCFL)이 있습니다. 스스로 빛을 낼 수 없는 디스플레이 이기에 뒤에서 빛을 쏴 주어야 환하게 디스플레이를 밝힐 수 있습니다. 요즘은 형광램프 대신에 저전력과 수명이 긴 LED 램프가 들어간 제품이 많이 나오고 이런 제품들을 LED TV라고 하는데 정확하게는 LED LCD TV라고 해야 합니다. 백 라이트를 LED로 써서 저전력에 램프 수명이 긴 제품입니다. 백 라이트 앞에는 편광필터가 있습니다. 이 편광필터는 쌍으로 되어 있는데 상단에도 편광필터가 있습니다.
이 편광필터는 빛의 한 특성인 빛의 진행방향과 직각으로 진동하는 전자파입니다. 실제로는 여러 방향으로 빛이 섞여서 들어가는데 편광판은 특정 방향의 빛만을 통과시켜주는 역할을 합니다. 산란하는 빛들을 제거하고 우리가 원하는 빛만 통과시켜주거나 통과를 막아 버리는 역할을 합니다. 어떤 빛을 통과시키고 안 시키느냐는 바로 쌀알 모양의 분자를 가진 액정이 역할을 합니다. 액정에 전기를 넣고 전압을 올려주면 백 라이트에서 나오는 빛을 액정이 막아버리거나 열어주면서 화면에 밝게 혹은 검게 나오게 합니다. 전압을 조정하면서 빛의 강도를 조절하면서 명암을 주죠. 그 앞에 컬러 필터를 달아서 흑백의 명암만 있는 빛을 총천연색 컬러로 보이게 합니다.
어렸을 때 브라운관 TV를 어머니가 걸레로 먼지를 닦아내면 TV 화면이 작은 무지개들이 보였습니다. 걸레에서 나온 물방울이 맺혀 있고 물방울이 돋보기 역할을 해서 브라운관 TV에 있는 서브 픽셀이라고 하는 빨강, 녹색, 파랑(RGB)를 들여다본 적이 있었습니다. 빛의 3원색의 원리 잘 아시죠? 그 3가지 색이 하나의 픽셀이 되어서 전압의 강약에 따라서 켜지거나 꺼지거나 하면서 총천연색을 만들어 냈습니다. LCD 디스플레이도 마찬가지입니다. 위 이미지 4번이 바로 컬러 필터입니다. 저거 제거하면 그냥 흑백 모니터가 됩니다.
이렇게 편광필터와 액정이 전기를 넣고 빼고 하면서 빛을 차단하고 보내주는 역활을 하면서 다양한 이미지와 동영상을 화면에 구현합니다. TFT는 각각의 서브픽셀이라고 하는 RGB 픽셀 각각에 전원을 ON 시키고 OFF시키는 역활을 합니다. 한마디로 스위치 소자라고 하면 됩니다.
현재 TV나 모니터 혹은 노트북을 살 때 TN 패널이니 IPS 패널이니 VA 패널이니 하는 것들이 모두 이 TFT-LCD의 일종입니다. 이렇게 다르게 나오는 이유는 액정 구동방식이 다 다르기 때문입니다. 참고로 OLED는 이 구조와 다른 자체발광하는 유기 EL 디스플레이이고 완전히 다르다고 할 수 없지만 카테고리가 아예 다른 제품입니다.
TFT-LCD의 액정 구동 방식의 종류인 TN, VA, IPS의 특징과 장,단점들
윗글들은 몰라도 상관은 없지만, 알면 LCD 모니터와 TV와 노트북을 구매할 때 도움이 될 것입니다. 요즘 LCD 모니터와 LCD TV 가격이 많이 내려갔습니다. 게다가 2012년 12월 31일로 아날로그 방송도 종료가 되어서 LCD TV 구매가 많아지고 있습니다. 그런데 시중 컴퓨터 매장이나 가전 제품 매장에 가면 액정화면 크기만 생각하지 어떤 패널이 들어간 지 물어보지도 않고 구매하는 분들이 있습니다. 인치도 중요합니다만 LCD 모니터와 TV의 핵심엔진이라고 할 수 있는 패널의 종류를 알고 가시면 큰 도움이 될 것입니다. 패널의 종류는 TN, VA, IPS가 있습니다. OLED는 평판이긴 하지만 작동방식이 크게 다릅니다. 종류가 다른 이유는 액정 구동 방식이 다르기 때문입니다. 가장 먼저 TN 패널이 나오고 TN 패널의 단점인 시야각이 약점을 해소하기 위해서 IPS와 VA 패널이 나왔습니다. IPS는 한국의 LG전자가 주로 생산하고 VA 패널은 삼성전자가 주로 생산을 합니다.
이 두 회사는 디스플레이 쪽에서 세계 1,2위를 다투는 회사인데 3D 방식과 마찬가지로 광시야각 제품의 줄기를 다른 쪽으로 향해 가고 있습니다.
가격이 저렴하고 응답속도가 좋은 TN(Twisted Nematic) 패널
TN(Twisted Nematic)패널은 쌀알 모양의 액정소자가 비틀어져 있습니다. 그래서 트위스터 네메틱 패널이라고 합니다.
위 이미지는 서브픽셀 하나를 도식화한 이미지입니다. C의 전압 OFF일 때는 상하에 있는 편광필터 사이에 있는 액정이 액정 분자가 수평으로 늘어져 있습니다. 이때는 백 라이트에서 나오는 강한 빛을 그냥 통과시켜서 흰색이 됩니다.
전원이 공급이 되면 액정 분자가 수직으로 되고 최대전압을 주면 빛을 차단해서 검은색 화면이 모니터에 나오게 됩니다.
우리가 보통 알고 있기에는 전원이 나가면 검게 보여야 하지만 TFT-LCD 모니터는 반대입니다. 검은색으로 보이려면 전기를 넣어서 ON 시켜야 합니다. 쉽게 설명하자면 어두운 거실에서 형광등이 켜진 안방의 방문을 전기를 넣으면 닫히고 전기를 끄면 방문이 열려서 안방의 형광등 빛을 볼 수 있습니다. 이런 이유로 이 TFT-LCD는 빛 샘 현상이 발생합니다.
TN 패널의 장점TN 방식의 장점은 액정을 구동시키는 전압이 IPS나 VA보다 낮습니다. 또한, 가격이 쌉니다. 시중에 나가서 LCD모니터 싼 거 달라고 하면 대부분이 TN패널입니다. 또한 응답속도가 무척 빠릅니다. 응답속도가 빠르다는 것은 잔상이 적다는 것인데요.
IPS와 VA가 6ms 이상의 응답속도를 보이는 데 반해서 최근의 TN 패널들은 2~5ms를 보여줍니다. 따라서 FPS 게임 같은 반응속도가 좋아야 하는 게임을 주로 하는 분들은 TN 패널이 좋습니다.
TN 패널의 단점
하지만 장점만 있는 것은 아닙니다. 가장 치명적인 단점은 광시야각을 제공하지 않는다는 것입니다.
이 광시야각이란 모니터를 좌우 혹은 상하로 봤을 때 화면의 명암이나 색의 역전 현상을 보이는 현상입니다.
이런 현상이 일어나는 이유는 TN의 액정 구조 때문인데요. 보는 각도에 따라서 명암이 달라져 보이기 때문에 TV같이 옆에서나 밑에서 보는 디스플레이용으로는 적합하지 않습니다.
자신의 모니터나 노트북이 TN 패널인지 확인하시려면 위 모니터를 아래에서 혹은 위에서 올려다보거나 내려다보시면 위 이미지에서 처럼 화면이 선명하지 않고 색이 거꾸로 나오거나 명암이 뒤 바뀌는 모습을 볼 수 있을 것입니다.
최근에는 좌우의 시야각은 상당히 좋아졌지만, 상하 시야각은 여전히 개선되고 있지 않습니다. 노트북이야 혼자 쓰기 때문에 TN 패널을 써도 큰 문제가 없지만 TV는 누워서 보는 분들도 많아서 TN패널이 적합하지 않습니다.
또한 이 TN 패널은 디스플레이가 커질수록 명암 왜곡현상이 심하기 때문에 대형 모니터나 TV에는 더더욱 적합하지 않습니다.
명암비가 좋은 VA(Vertical Alignment)패널
VA(Vertical Alignment)패널은 TN패널의 광시야각의 단점을 해소하기 위해서 나온 제품입니다.
A에서 처럼 전원이 들어 오지 않을 때는 쌀알같이 생긴 액정분자가 수직으로 있다가 전원이 들어오면 수평으로 구동합니다. 액정분자가 수직일 때는 백 라이트 빛이 차단되어서 순수한 블랙의 색을 표현할 수 있고 전원이 들어오면 액정 분자가 수평으로 구동해서 화이트 색을 표현합니다. 광시야각을 제공하기 위해서 왼쪽에서 볼 때와 오른쪽에서 볼 때 액정의 기울기가 다르게 합니다.
VA 패널의 장점VA 패널의 장점은 명암비가 좋습니다. 명암비가 좋다는 것은 검은 색을 더욱 검게 표현해서 검은색과 흰색의 차이를 크게 한다는 것인데요. 명암비가 가장 뛰어난 디스플레이는 OLED로 OLED 다음으로 명암비가 좋습니다. 검은색 표현이 뛰어나기 때문에 정적인 작업 즉 사진 같은 이미지를 볼 때는 아주 좋습니다. TN패널에 비해서 광시야각도 무척 좋아서 좌우, 상하로 봐도 명암의 역전 현상이 없습니다. 다만 광시야각에서는 IPS가 VA패널보다 좀 더 뛰어납니다. 또한, 이런 풍부한 명암비로 인해 색 재현력도 좋습니다. MVA, A-MVA, PVA, S-PVA가 이 계열 패널로 주로 삼성과 AOU에서 패널을 생산합니다.
VA 패널의 단점TN 패널에 비해서 응답속도가 낮습니다. 응답 속도는 경쟁 패널인 IPS 패널보다 더 떨어집니다.
따라서 동적인 움직임이 많은 FPS 게임이나 액션 영화를 감상할 때는 잔상이 보일 수 있습니다. 계속 이 응답속도를 개선한 기술들이 나오고 있지만 아직까지는 경쟁 패널보다는 떨어집니다또 하나의 단점은 모니터가 아닌 스마트폰 쪽에서 등장합니다. 스마트폰은 터치가 기본입니다. 그러나 VA패널은 전원이 OFF되어 있는 상태의 액정분자가 수직으로 서 있기 때문에 터치를 해서 압력을 가하면 액정이 눌려진 후 바로 복원이 되지 않습니다.
이렇게 액정 디스플레이를 눌렀는데 바로바로 액정이 복원되지 못하다보니 VA 패널은 스마트폰 같이 터치기능이 들어간 디스플레이에서는 사용을 하지 않고 있습니다. 삼성전자는 TN 패널 제조공정을 그대로 이용할 수 있는 VA 계열을 광시야각 패널로 선정했는데 아이패드 같은 태블렛PC나 스마트폰에서는 터치에 문제가 있기 때문에 TFT-LCD 또는 S-PLS 또는 아몰레드라고 하는 OLED계열의 디스플레이를 사용하고 있습니다.
뛰어난 광시야각과 응답속도가 뛰어난 범용성이 좋은 IPS(In-Plain Switching) 패널
IPS(In-Plain Switching)기술은 수평방향으로 있던 액정분자를 자기장을 이용해서 옆으로 회전을 시킵니다. 액정분자가 수직으로 기립하지 않기 때문에 터치를 해도 복원력이 뛰어나고 이 때문에 최신 스마트폰에서 가장 많이 사용하는 디스플레이 패널입니다. 어느 각도에서 봐도 명암이나 색의 역전 현상이 없습니다. TN과 VA패널에 비해서 광시야각이 가장 뛰어납니다. 액정 분자가 자기장에 의해서 수평으로 빙글빙글 돌기 때문이죠
초기 모델은 특정방향에서 희미한 청색이니 황색이 보이는 결점이 있었지만 S-IPS(Super-IPS)가 나오면서 변색을 대폭 감소 시켰고 상하좌우 각각 178도에 가깝습니다. IPS는 1996년 히타치에서 개발한 후에 S-IPS가 개발되어서 응답속도를 향상시켰고 생산비용도 절감시킵니다. 최근에 나오는 대부분의 TV와 모니터는 이 S-IPS 제품이라고 보시면 됩니다. 이후 H-IPS가 나와서 성능을 더 개선시켰으며 '레티나 디스플레이'라고 하는 AH-IPS가 등장해서 휴대용 스마트 기기에서 많이 사용하고 있습니다.
AH-IPS는 아이폰4 이후에 나온 애플 제품에서 사용하고 있는데요. 아이폰4S, 뉴 아이패드(아이패드 3)와 맥북 프로 등에 사용하며 LG전자의 옵티머스 최신 시리즈에서 사용하고 있습니다. 어찌보면 이 IPS의 열풍을 이끈 것은 애플이라고 할 수 있습니다. '스티븐 잡스'가 삼성의 아몰레드를 아이폰4에 장착을 했다면 OLED 계열로 시장은 흘러 갔을 것입니다.
참고로 '레티나 디스플레이'는 애플에서 만든 브랜드 네이밍이고 기술적인 용어로는 AH-IPS입니다.
IPS패널의 장점뭐니 뭐니 해도 광시야각입니다. VA패널도 광시야각 패널이지만 IPS가 더 뛰어납니다. 특히 AH-IPS는 측면 시인성까지 개선해서 옆에서 봐도 휘도가 떨어지지 않습니다.
TN패널과 달리 위에서 내려다보고 아래에서 올려다 봐도 브라운관 TV처럼 선명하고 정확한 명암과 색을 보여주고 있습니다.
어찌보면 디스플레이의 제왕은 CRT라고 하는 브라운관 모니터가 최고였습니다. 문제는 부피가 크다는 것이고 대형화 할 수 없다는 것이 단점으로 이제는 구시대의 유물이 되었습니다. 그 자리를 IPS패널이 빠르게 치고 들어가고 있습니다.광시야각이 좋다는 것은 대형 디스플레이를 만들어서 다양한 각도로 여러명이 시청할 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 측면 시인성도 뛰어난데 측면에서 보면 화면은 보이긴 해도 휘도(밝기)가 떨어지는 VA패널과 달리 측면 휘도도 뛰어납니다.
또 하나의 장점은 TN패널보다는 느리지만 응답속도가 계조 전역에서 균일하고 빠르다는 것입니다. 따라서 게임용으로 사용해도 괜찮고 그래픽 작업이나 이미지 작업을 할때도 좋습니다. 명암비가 VA 패널보다 떨어지기 때문에 정적인 작업에서는 VA패널이 더 좋지만 TN의 빠른 응답속도와 VA패널의 뛰어난 색 재현성을 골고루 갖춰고 색의 정확성이 좋아서 가장 범용성이 좋은 패널입니다. 즉 게임용으로도 전문가용 그래픽 작업용으로도 모두 사용이 가능합니다. 여기에 단점으로 지적 되었던 높은 가격의 문턱도 낮아지면서 TN 패널의 판매량을 압박하고 있습니다. 이외에도 터치 스크린에 강점이 있는데 이 부분은 따로 설명하겠습니다. IPS 패널은 LG디스플레이가 거의 다 생산한다고 보시면 됩니다. 최근에는 VA 패널을 생산하던 샤프가 스마트폰 용 IPS 제품을 선보이고 있습니다.
IPS패널 단점
가장 큰 단점은 명암비입니다. VA패널은 검은색을 표현할 때 짙은 검은 색으로 표현이 가능합니다. 그래서 명암비가 좋습니다. 하지만 IPS는 검은 색을 표현할 때 VA패널보다 백 라이트 빛 손실이 생겨서 명암비가 VA패널보다 낮습니다.
이 때문에 VA 패널보다 풍부한 계조를 가지지 못합니다.
총 정리
| TN, VA, IPS 비교 | |||
| 패널 종류 | TN | VA | IPS |
| 시야각 | 나쁨 | 좋음 | 아주 좋음 |
| 응답속도 | 아주 좋음 | 보통 | 좋음 |
| 명암비 | 보통 | 아주 좋음 | 좋음 |
| 색 재현력 | 보통 | 아주 좋음 | 아주 좋음 |
| 특장점 | 응답속도, 가격이 싸다 | 명암비가 좋다 | 광시야각과 범용성 |
| 가격 | 싸다 | 보통 | 보통 |
| 제조사 | 다수 | 삼성, AOU | LG디스플레이,샤프 |
TN 패널은 빠른 응답속도와 가격이 싸다는 장점으로 게임을 주로 하는 분들에게 좋습니다.하지만 광시야각의 단점 때문에 대형 모니터로 갈수록 화면 왜곡이 심합니다 VA 패널은 뛰어난 명암비로 이미지 작업등의 정적인 작업을 하는 분들에게 좋습니다. 응답속도가 낮아서 잔상이 남아서 게임이나 움직임이 많은 동영상에서는 단점을 가지고 있고 가격이 다른 경쟁 패널보다 살짝 비쌉니다. 가격이야 대량 생산하면 내려가겠죠.IPS는 뛰어난 광시야각으로 TV와 모니터를 넘어 태블렛과 스마트폰에서 사용하고 있습니다. 뛰어난 범용성을 무기로 최근에 가장 각광을 받고 있습니다. 빠른 응답속도와 색 정확성과 재현성이 뛰어나서 게이머와 디자이너 등의 이미지 작업용으로도 좋습니다. 다만 명암비가 VA보다 떨어져서 깊이 있는 색감을 느낄 수 없습니다.
2012년 10~12월 모니터 인기순위 (다나와,컴퓨존, 아이코다 판매 순위)
| 순위 | 제조사 | 제품명 | 패널 | 화면크기 |
| 1 | LG전자 | 플래트론 LED E2442V-BN | TN | 24 |
| 2 | LG전자 | 플래트론 LED IPS236V-PN | IPS | 24 |
| 3 | LG전자 | 플래트론 LED E2351VQ-BN | TN | 23 |
| 4 | LG전자 | 플래트론 LED M2752D-PN | IPS | 27 |
| 5 | 삼성전자 | 싱크마스터 S24B300L | TN | 24 |
| 6 | 삼성전자 | 싱크마스터 S23B300 | TN | 23 |
| 7 | LG전자 | 플래트론 LED M2352D-PN | IPS | 23 |
| 8 | 삼성전자 | 싱크마스터 LS22B300 | TN | 21.5 |
| 9 | LG전자 | 플래트론 E2251VQ-BN | TN | 21.5 |
| 10 | 삼성전자 | 싱크마스터 LS24A350T | A-MVA | 24 |
시장의 반응은 IPS 쪽으로 기울고 있습니다. 여전히 TN 패널이 큰 인기를 끌고 있지만 2012년 하반기에는 TN패널을 뛰어 넘은 판매량을 보여주고 있습니다. IPS패널 탑재 모니터 '대중화' 미디어잇 기사에 따르면 2012년 9월 다나와 판매량에서 TN 패널의 45%를 뛰어넘은 46%로 나타났습니다.
