LCD 패널별 특성

  Parkoz 팁게의 글을 가져와 조금 덧붙인 내용 입니다.

원문 보기 (ITmedia의 기획기사를 번역해봤습니다.)

원문에서 밝혔듯 최근 방식과 약간의 차이가 있으니 구동원리와 장단점을 파악정도로만 읽으면 도움이 될듯 합니다.


■구동방식에 따라 차이가 드러나는 시야각과 응답속도 특성
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액정패널의 구동방식은, TN(Twisted Nematic)방식,VA(Virtical Alignment)방식, IPS(In-Place-Switching)방식 3종류로 크게 나눌수 있다. PC용 LCD에서 가장 많이 채용되는 것은 TN방식으로 그다음이 VA방식, IPS방식순이다. 한마디로 정의하긴 그렇지만 생산비용순으로 따지면 TN<VA<IPS, PC에서 정지화상을 표시할때 고화질순으로 IPS>VA>TN이라 생각하면 된다.
(최근추세는 S-PVA생산이 주춤하면서 C-PVA 생산이 주로 생산되는듯 하다. 대신 S-IPS의 경우 27인치 패널에서 강조하는 광시야각 모니터에 상당히 많은 수가 들어가있다.. LG의 Q2패널의 품질과 가격이 상당히 좋아서 이런 경향이 나타나는 모양-2011년 기준)

LCD의 가장 기본적인 작동원리부터 알아보자. LCD는 쌀알같은 모양의 액정분자에 전압을 줘서, 액정분자의 방향을 바꿔 빛의 양을 제어한다. 여기서 말하는 빛의 양이라는것은, 백라이트의 빛이 액정분자를 통과해 화면에 닿는 양이다. 백라이트의 빛이 액정분자에서 모두 차단된다면 화면은 '흑'이 된다. 역으로, 모두 통과하면 화면은 '백'이다. (실제로는 빛샘과 확산이 발생하기때문에 100%차단이나 통과는 불가능). 이 원리는 어떤 구동방식이라도 공통으로 적용된다.

TN방식, VA방식, IPS방식이라는 구동방식에 따라 달라지는 점은, 액정분자의 배치방법과, 전압에 의한 액정분자의 정렬방식이다. 구동방식의 차이가 크게 영향을 끼치는건 시야각과 응답속도 특성이다. 이 두가지를 중심으로, 우선 현재 주류가 되어가는 TN방식을 이야기하고, TN방식과 비교하는 형태로 VA방식과 IPS방식에 대해 설명해보고자 한다.

모니터 계조는 간단한 방법으로 확인 및 조절이 가능하다. 아래 링크의 그림을 다운받아 확인해보자

그레이 차트 : http://illu.tistory.com/340



 ■TN방식의 원리와 특징
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위의 그림은 TN방식 액정분자 배열을 간단히 도식화한 것이다. 전압이 OFF일때[(C)]는 액정분자가 수평으로 늘어서, 백라이트의 빛을 통과시켜 화면이 '백'이 된다. 이 상태에서 서서히 전압을 가해주면 액정분자가 수직으로 일어서면서 최대전압이 되었을때[(A)] 백라이트의 빛을 막아서 화면이 '흑'이 된다. 감각적으로는, 액정분자가 수평일때(전압오프일때) 백라이트빛을 차단하는걸로 생각하기 쉽지만, 액정분자를 감싼 편광판과 액정분자의 비틀어짐(90도)에 따라 앞서 설명한 대로 빛이 움직이게 된다.
 

TN방식의 장점은 구동전압과 생산비용이 낮은 것, 단점은 시야각에 따라 색변화와 휘도변화가 크다는 점이다. 시야각에 대해서는 그림1의 (B)를 보면 알기 쉽다. 액정분자의 각도로 백라이트의 광량을 조정하기때문에 (B)처럼 화면을 보면 각도에 따라 투과하는 광량이 달라지게 된다. 즉, 색을 중시하는 용도에는 맞지않다고 할 수 있다.
초기 생산되는 TN패널에 비해 근래에 들어서는 많은 부분에서 개선되어 이전보다는 시야각, 색상에서 괜찮은 품질을 보여준다. 다만, 중심부에서 주변부로 확장해서 볼경우 24인치 이상에서는 색 왜곡 시야각 왜곡이 그래도 나타난다.(이는 태생적 한계로 보이며 이러한 점 때문에 그래픽 작업에서 매우 기피되는 패널이기도 하다. 무엇보다 저렴한 가격과 빠른 응답속도는 장점이 되지만 ..)

한가지 더, TN방식의 응답속도는 일반적으로 일어섬(흑->백)이 늦고, 눕는것(백->흑)이 빠르다. 게다가, 누웠다일어서는 것에 비교해서, 중간색의 응답속도가 급격하게 저하되는 경향도 있다. 이때문에 최근에는 중간색 응답속도를 개선하는 오버 드라이브를 탑재하여 동영상의 표시품질을 높인 제품도 증가하고 있다. 최근 탑재한 모델을 찾기 힘들정도로 생산 대수가 줄어든 모양.

 

■VA방식의 원리와 특징
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VA방식의 액정분자배열은 위의 그림대로다. 전압이 OFF일 때[(A)]는 액정분자가 수직, 최대 전압일 때[(C)]는 수평으로 늘어선다. 화면의 상태는 전압OFF가 흑, 최대전압이 백이다.

VA방식의 커다란 특징은, 전압OFF일때 백라이트의 빛이 액정분자의 영향을 받지않고 편광판에서 거의 완전히 차단된다는 것이다. 즉, 꽤 순수한 흑색을 표현할 수 있어, 명암비를 높이기 쉽다.


한편, 시야각에 따른 휘도변화와 색변화는 TN방식과 비슷하다는 약점을 안고있다. 액정분자의 각도로 백라이트 광량을 제어하기때문에, 보는 각도에 따라 투과되는 광량이 달라지게 되는것이다.


응답속도도, TV방식과 같은 경향이다. 일어섬(흑->백)은 늦지만, 눕는것(백->흑)은 빠르고, 중간색에서는 일어섬이상으로 늦어진다. VA방식의 LCD에서도 오버드라이브탑재로 중간색의 응답속도를 높인 제품이 등장하고 있다.


VA방식의 액정패널에서는 시야각 특성을 개선하기 위해 액정분자의 '배향분배기술'(멀티도메인)을 적용한 것이 많다. 멀티도메인이란, 액정분자가 수직-수평으로 왔다갔다하는 동안 기울어지는 방향을, 범위에 따라 정반대로 하는것이다. 간단히 말하자면, 범위A에서는 액정분자가 오른쪽으로 기울고, 범위V에서는 왼쪽으로 기우는 것으로 각각의 범위내에서 보면 TN방식과 같은 시야각특성이 존재하지만, 화면전체의 광량을 평균화하면 시야각에 따른 색변화를 대폭 줄일 수 있다.

S-PVA의 경우 2000년대 중반 PC Bank의 모니터에 많이 사용되어 그래픽 작업용으로 각광받기도 했다. 대신 제품 품질편차가 심해서 어떤경우 패널 전체에 적색기가 살짝 들어가 캘리하기 짜증날 정도로 색 맞추기가 힘들었다. 그러한 부분을 제외하면 암부 표현이 충실하고 전체적인 계조 변화가 적어 그래픽 작업용으로 많이 쓰였다.

 

■IPS방식의 원리와 특징
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한편, IPS방식에서는 수평으로 눕힌 액정분자를 수평방향으로 회전시켜서 백라이트 광량을 제어한다. 액정분자의 수직방향 기울기가 발생하지 않기 때문에, 시야각에 따른 휘도변화/색변화가 적다는 것이 특징이다.(이떄문에 백색 균일도 및 백색 표현에서 가장 좋은 결과를 보여준다)

태생적인 약점으로 명암비와 휘도, 응답속도를 높이기가 힘들다는 점을 들 수 있다.
 
명암비에 관해서는, 화면이 '흑'일때에도 백라이트의 빛누수현상이 크기때문에 진한 '흑'을 얻기 힘들다. '흑'상태의 휘도치가 높아져서, 명암비(흑과 백의 휘도비)도 낮아져버린다. 개구효율 문제로 고휘도화가 어렵고, 액정 분자의 회전방법에 따른 문제로 응답속도를 높이는 것도 힘들다. 단, VA방식과 달리 계조전역에서 응답속도가 고르게 나타나는 특징이 있다.

IPS방식의 LCD는 그래픽이나 의료분야에서 높은 수요를 가지고 있다. 동화성능(고속응답)이 딱히 요구되지않는 이들 현장에선 IPS방식의 고품질 발색특성과 시야각특성이 높게 평가받고 있기 때문이다.

S-PVA와 비교해 백색 균일도가 좋은 편이고 고른발색과 선명한 색상이 장점으로 꼽힌다. 대신 암부 영역(0~10 기준 0~3까지의 영역)에서 계조가 약한게 단점. 패널에 따른 편차가 있지만 심할경우 이 영역에서 떡지는 현상이 생기는 모델이 있다. 암부 영역을 밝게 할 경우 전체적 계조가 무너지기 쉽다는게 단점이긴 하지만 최근 생산되는 패널중에선 가장 나은 퀄리티를 보여주는 듯 하다. 이전 IPS패널의 경우 빛샘과 번 현상 그리고 백색표현에서 보라빛이 도는 문제가 많이 지적되었으나 최근 생산품에서는 이러한 단점들은 찾기 힘든듯 하다. (물로 제조사의 AD 보드 특성에 따라 색 편차는 나타나기는 하더라)


 
 
 

■ LCD구동방식을 알아보기 위해서는
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현재 판매중인 PC용 LCD는 TN방식이 대부분으로 그 다음으로 VA방식, IPS방식의 제품은 소수파에 들어간다.

사양표로 분간할수 있는 포인트가 되는것은, 시야각, 최대색수(발색수), 응답속도이다. 단 법칙적으로 적용할 수 있는 것도 아니기 때문에 한가지 참고사항으로 알아두었으면 한다. 이상적으로는 액정패널의 구동방식을 각 제조사에서 명확히 밝히는 것이다. 제품을 구입하는 유저의 이익을 생각하면 설사 불리한 정보라해도 확실히 공개하는것이 제조사가 취해야할 자세라고 생각한다.

패널별로 액정분자의 배치가 틀리기 때문에 패널을 살짝 눌러보면 나타나는 파형의 종류가 각 패널별로 틀리다. 정 확인이 힘들경우 손가락 끝으로 살짝 눌러보면 알 수 있다.(단 손톱으로 긁으면 기스나니 조심~!!!!!)

 
시야각

수직방향의 시야각에서 위와 아래의 수치가 다른것은 TN방식이라고 생각해도 틀림없다. 단, 여기에는 함정이 있다.

시야각의 수치는, 일정수치 이상의 명암비를 유지하는 범위(화면이 보이는 각도의 범위)를 표시하고있지만, 이 '일정이상의 명암비'에 함정이 있다. 이전에는 '10:1'이상이 표준적이었지만, 최근에는 '5:1'이상을 시야각으로 표기하는 예가 많다.

'10:1'이라면 스펙상의 시야각이 좁아지기 때문에, 기준을 '5:1'로 느슨히 만들어서 시야각을 넓히고 있는 것이다. 기준치가 무엇인지 공개하지 않는 제조사도 많아서 그것이 애매함에 박차를 가하고 있다.

'5:1'의 명암비는 어디까지나 '화면이 보이는'정도에 지나지 않는다. 정면에서 보는 경우과 비교해서 휘도변화와 색변화는 전혀 고려하지 않은 것이다.
 

최대색수 및 개선 패널들

최대색수는 '1677만색'이 기준이 된다. '1619색'이라거나, 주석으로 '디더링사용'이라고 쓰여있을 경우에는 거의 확실히 TN방식이다. 단, TN방식이라도 1677만색의 제품은 존재하기 때문에, 1677만색이라면 VA방식이나 IPS방식이라고 단정지을수도 없다.

여담이지만, 1677만색이라는 숫자는, RGB각색 8비트계조를 표현할수 있는 최대색수이다. RGB의 3색이 '8비트=256계조'이기때문에, 256X256X256=16,777,216색이된다. 일반적인 PC환경에서는 이 색수를 풀컬러라고 부른다.

한편, 최대색수가 1619만색의 제품은 RGB각색6비트계조+FRC(Frame Rate Control)이라는 방식으로 유사 풀컬러를 표시한다. FRC라는것은 다른 색의 표시를 고속으로 전환해서 눈의 착각을 이용한 기술이다. (예를들면, '백색'과 '적색'을 번갈아 고속표시하면 '핑크'로 보인다). 그중에는 RGB 각6비트+FRC로 1677만색을 유사하게 표현할 수 있는 액정패널도 있다. 이러한 유사표현 패널의 대표적인 것이 바로 C-PVA(Cost-PVA), E-IPS(Enhanced IPS)이다. 이러한 패널의 단점은 색간 계조가 부드럽지 못하고 유사색의 경우 떡지는 현상이 발생하는점. 최근 S-PVA 패널은 생산이 줄어들고 C-PVA가 많이 들어가 있기 때문에 S-PVA패널을 찾을경우는 주의할 필요가 있다. 보통 생산 단가가 IPS가 높았으나 최근 추세를 보면 그런것만 같지도 않다.

H-IPS : S-IPS의 개선 모델. S-IPS 패널에 비해 백라이트의 빛샘이 적고 색조가 올라오는 현상이 개선된 모델로 이후 UH-IPS, S-IPS II등 IPS패널의 경우 개선된 모델이 많이 존재한다.(생산 단가가 쎄서인지 잘 쓰이지 않는 모양)
 
P-IPS(Professional IPS) : H-IPS와 동일하나 10비트 출력이 가능하다. DVI 포트의 경우 8비트 출력이 한계이므로 DP포트를 탑재한 그래픽 카드가 있어야만 쓸수 있다.
 
A-MVA : 후지쯔에서 개발한 패널로써 삼성의 S-PVA와 같은 계열로 보면 된다. 응답속도가 떨어지는 대신 색 표현 및 계조가 좋다고 하는데 생산 회사의 기술력 문제인지 그다지 좋지 못한 제품들이 많다.

응답속도

응답속도에 대해서는 중간색의 응답속도를 개선하는 오버드라이브의 등장에 의해 조금 미묘하게 되었다. 오버 드라이브를 탑재한 제품의 경우, 종래의 응답속도(흑->백->흑)와, 중간색의 응답속도가 스펙에 같이 써있는 경우가 많다. 하지만, 오버드라이브를 탑재했음에도 불구하고 종래의 응답속도밖에 기재되어있지 않다거나, 오버드라이브 탑재사실 자체를 기재하지 않는 제품도 있다. 어디까지나 현시점(2005년 9월현재)의 기준에 지나지않겠지만, '흑-백-흑'또는 '백-흑-백'의 응답속도가 12MS이하라면 TN방식이라 생각해도 된다.

 최근에는 대부분의 모니터에서 응답속도가 상당히 개선되어있다. 게다가 ATI Catal에서는 프로그램적으로 Overdrive를 지원하기 때문에 이전 세대 모니터들과 달리 이 부분은 걱정하지 않아도 된다.(간혹 잔상문제가 있는 모니터가 있긴 하다)


■ 그 외
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CCFL과 LED 방식의 백라이트

모니터는 위에서 설명한대로 빛을 입자에 투과시켜 색을 만들어 내는 구조이다. 이러한 빛을 만들어내는 백라이트의 방식으로 두가지가 나뉜다. CCFL의 경우 쉽게 생각해서 모니터 뒤편에 작은 형광등이 들어있는 구조이며 LED는 LED가 들어있다고 생각하면 된다.

CCFL의 경우 계조 표현이 부드럽지만 수명이 길지 못하고(사용 시간에 따라 약 3~5년), 사용 기간에 따라 Backlight밝기가 변화해서 계속해서 조절을 해주어야 한다는 단점이 있다. (형광등도 오래쓰면 밝기가 감소한다고 생각하면 이해가 쉬울 것이다.)
게다가 24인치 급부터는 백라이트 숫자와 크기가 크기 때문에 무지막지한 발열과 전력소모를 자랑한다.(24인치 두개 켜두면 여름에 사우나 갈 필요가 없을정도....)


LED의 경우 밝기가 균일하고 수명이 길지만 LED자체 광량이 쎄기 때문에 계조가 망가지는 단점이 존재했다. 초기 LED 백라이트 들어간 모델들이 작업용으로 사용이 힘들었던 이유가 암부 계조가 너무 밝게 올라오는데다 모든 색이 강조되어 눈이 아프다는 불만이 많았는데 최근 생산되는 제품들의 경우 많은 부분에서 개선이 이루어진듯 하다. 또한 전력소모가 줄어들고 발열이 CCFL과 비교해 절반 이하로 줄어들었다.


바이패스 방식

그래픽 카드에서 출력된 영상 데이터가 모니터의 AD보드를 거쳐 화면에 뿌려지는 방식이 아닌 바로 화면에 뿌려지는 방식으로 최근 저렴한 모델들에서 많이 채용되는 방식이다. 단점이라면 모니터 자체만으로 스케일링이 불가능하며 그래픽 카드를 좀 가린다.(호환성..) 바꿔 말하면 잘 뽑으면(!) 신경 쓸 필요가 없다는 말도 된다.(보통 nvidia forceware나 ATI Catal에서 조절이 가능하기에 이 방식도 색만 정확히 뿌려준다면 괜찮다)

도트 피치(Dot pitch)

모니터의 입자 크기를 말한다. 즉 2560x1440 해상도의 27인치 모니터의 경우 0.233mm 24인치 1920x1200의 경우 0.27mm의 값을 가진다. 즉 화면에 2560개의 점과 세로 1440개의 점이 배치되어있다고 생각하면 이해가 편하다. LCD모니터의 경우 CRT와 달리 해상도를 변경할시 권장해상도가 아닐경우 화면이 뿌옇게 보이는 현상(특히 Text에서)은 Text가 1픽셀의 값을 가지고 그려지던것이 해상도를 줄임으로 눌어나기 때문이다.

베젤

패널을 감싸고 있는 테두리. 김주원 사장께서 그러셨다 보일듯 말듯한게 디자인이라고...(이게 얇으면 비싸진다...)


VESA 규격

그래픽 카드용 인터페이스 및 PC, 영상기기의 표준규격을 말한다. 주로 Arm이나 벽걸이용 마운트, 멀티플 모니터 사용을 위한 스탠드등을 구입할때 참고하게 된다.


틸트, 스위블, 피벗

모니터 스탠드 모가지가 왔다리 갔다리 빙글빙글할수 있단 소리


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좀 틀리거나 오역도 있을수 있으니 까칠하게 읽지 마시고 태클 환영