디스플레이 산업 분석 Part.1 - 디스플레이의 종류, 해상도란? 픽셀은?

1. 디스플레이, Display

어원은 라틴어 Displico, Displicare로 의미는 보이다, 펼치다, 진열하다 등이지만 가장 흔하게 쓰이는 것은 전시/진열을 의미한다.
전자공학에서의 디스플레이는 표시장치 라는 뜻으로 각종 전자기기의 다양한 정보를 전달하는 출력장치를 의미한다.

이 출력장치에는 무엇인가 하면 휴대폰 액정, 컴퓨터 모니터, TV 등등 전자기기에 달려있는 액정 모든 것이라 칭해도 무방하다.

 

 

A. CRT(Cathode Ray Tube)

과거 사진/영사기에서 진화한 최초의 전자 디스플레이는 CRT(음극선관, Cathode Ray Tube)이다.

 

CRT는 독일의 물리학자 브라운이 발명하여 브라운관이라고도 불리운다.

CRT 사진들출처 : 구글 이미지

이러한 뒤가 불룩한 것이 CRT, 음극선관이다.
해상도나 휘도, 자연색 표시 등 디스플레이 성능이 우수하고 가격이 저렴하여 LCD등 평판디스플레이가 주류인 지금도 사용된다.

 

출처 : 삼성디스플레이 블로그

 

음극선관의 원리는 내부의 전자총(Electron Gun)이 전자를 발사하여 화면의 형광체에 부딪혀 빛을 내는 방식이다.
전자총에서 전자를 방출시키면 형광체가 도포된 형광면에 충돌하며 빛을 내게 된다.
원하는 위치의 화면에서 빛을 내도록 하기위해 촘촘하게 많은 구멍을 뚫어 놓은 섀도마스크(Shadow Mask)를 통과하는 것이 작동 원리

흑백 음극선관은 화면 뒤쪽에 흰색 형광체가 발려있고, 나중에 개발된 컬러 음극선관은 R(Red), G(Green), B(Blue)의 색을 내는 도료를 픽셀마다 발랐다.
셰도마스크에 R,G,B 위치에 전자가 충돌할 수 있게끔 구멍을 뚫어놓았다.

 

 

출처 : 네이버 지식백과

음극선관은 빠른 응답속도, 낮은가격 등 장점에도 불구하고 부피가 크고 무겁다는 단점 때문에 FPD(Flat Panel Display), 평판디스플레이에 자리를 내어준다.
대표적인 평판 디스플레이는 LCD, PDP, OLED 3가지를 꼽을 수 있다. 얇고 가벼운 디자인의 FPD는 음극선관으로는 어려웠던 40인치 이상 대화면 디스플레이를 위한 연구개발도 진행될 수 있었다.

 

 

B. LCD(Liquid Crystal Display)

먼저 LCD를 보자.
LCD(Liquid Crystal Display, 액정표시장치)는 액정을 핵심 소재로 한 평판 디스플레이다.
액정(Liquid Crystal)이란 액체와 고채의 성질을 함께 갖고 있는 물질로, 고체의 결정이 갖는 규칙성과 액체의 성질인 유동성을 모두 지닌 물질을 의미한다. 액체결정의 줄임말이다.

 

출처 : 삼성디스플레이 블로그

LCD는 외부의 빛(광원)을 필요로 하는 수광형 디스플레이이다. 패널 뒷면에서 백색의 빛을 비추는 백라이트유닛(Back Light Unit)이 필요하고 이후 컬러필터(Color Filter)를 통해 색을 구현하게 됨

 

 

 

C. PDP(Plasma Display Panel)

PDP(Plasma Display Panel)은 LCD 다음으로 등장한 기술이다. 기체 방전 stl에 생기는 플라즈마로부터 나오는 빛을 이용하여 표시하는 디스플레이다.

 

출처 : 삼성디스플레이 블로그

PDP는 상/하 유리기판에 설치되는 전극 사이에 Ne(네온), Ar(아르곤), Xe(제논)과 같은 불활성 가스를 밀봉 후 전압을 가하면 플라즈마가 생성되는데, 이때 기체가 방전하면서 발생하는 자외선이 R, G, B로 구성된 형광체를 자극하면서 색상을 표현하는 원리이다.

이런방식으로 픽셀 단위의 미세 형광등을 무수히 배치하여 각각의 형광등을 빠른속도로 점등시키거나 소등시킴으로써 통합된 영상을 표현하는 원리이다.

PDP는 평판 디스플레이임에도 불구하고 CRT에 버금가는 밝기와 빠른 응답속도, 광시야각, 대형화면 제작 등의 유리한 장점이 있지만 발열, 전력소비 등으로 인해 LCD와의 기술격차에서 뒤쳐지며 생산이 중단됨

 

 

D. OLED(Organic Light Emitting Diode)

마지막으로는 OLED 디스플레이이다. OLED는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode)의 약칭으로 전류를 가하면 자체 발광하는 물질을 이용한 첨단 디스플레이 이다.

 

출처 : 삼성디스플레이 블로그

OLED는 자체 발광 물질을 사용하기 때문에 LCD와 달리 백라이트, 액정, 컬러필터 등의 복잡한 구조가 불필요하여 소비전력이 적고 가볍고 얇은 구조를 구현할 수 있다.
특히 OLED는 자연색에 가까운 풍부한 색채와 응답속도로 인해 휴대폰, 태블릿, VR 등 다양한 기기의 디스플레이로 채택이 확대되고 있는 추세


이 평판디스플레이에서 진화한 디스플레이는 Flexible 디스플레이다.
최초의 Flexible 디스플레이는 갤럭시 노트 엣지다. 이후 폴더블(Foldable)이 나오고, Rollable이 속속 등장하고 있다.



디스플레이는 표시 방식에 따라 모니터와 같은 직시형(Direct View Type)과 영사기/빔과 같이 벽면 or 스크린에 내용이 비치도록 표시하는 투사형(Projection Type)으로 구분 된다.
또한 소자의 자체 발광 여부에 따라 발광형(Emissive-Display)과 비발광형(Non-Emissive Display)으로 구분하기도 한다.
발광형에는 CRT, PDP, ELD(OLED 류)와 비발광형인 LCD가 있다.

위의 FPD 외에 익숙한 디스플레이에 대해서 더 알아보자.

 

 

 

E. LED(Light Emitting Diode)

LED(발광다이오드, Light Emitting Diode)가 있다.
LED는 기존 전구에 비해 전력소모가 낮고, 소자의 수명은 더 길어서 자동차 전조등등 많은 곳에 사용 중이다.

LED는 반도체로 된 다이오드의 일종이다. 다이오드는 양전극 단자에 전압을 걸면 전류가 한 방향으로만(+ -> -) 흐르는 '정류작용'을 하는 소자이다.
전압을 주면 전류가 흐르고 전자와 정공이 재결합해서 발생하는 에너지의 일부가 빛으로 나타나는 원리이다. 일반적으로 빛을내는 반도체라고 표현한다.

출처 삼성디스플레이 블로그

LED로 디스플레이를 구현하는 일반적인 방법은 LED 한 개를 픽셀 하나로 매칭하는 방식을 통하여 LED소자를 집약한 형태로 구성하는 것이다.
LED는 밝은 빛을 낼 수 있어서 햇볕 하래에서도 시인성이 좋다. 
최근 이 LED를 활용한 디스플레이 중 주목받는 것이 micro-LED이다. 
간략하게 설명하면 LED소자를 5~10 마이크로미터 수준으로 줄인 초소형 LED를 말한다.
LED소자를 픽셀로 활용할 수 있기 때문에 상용화가 되면 휘어질 수 있고 전력소모도 낮은 제품을 만들 수 있다.

 

 

2. 픽셀과 해상도

 

디스플레이의 성능을 나타내는 방법에는 픽셀과 해상도가 있다.
픽셀(Pixel)을 먼저 살펴보자.
픽셀은 Picture와 Element를 줄인 말로 화소(畵素)라고도 한다.(Picture = 그림, Element = 원소)
픽셀은 모니터, TV, 모바일기기 화면의 이미지를 구성하는 최소 단위다.
디지털 이미지를 확대하면 작은 박스들이 모여서 이미지를 형성하고 있다.

 

 

이 작은 사각형이 바로 픽셀이다. 픽셀이 많을수록 매끄럽고 정교한 이미지 표현이 가능해 지는 것이다.
디스플레이의 각 픽셀들은 색과 계조(Grayscale) 값을 표현하기 위해 더 작은 서브픽셀(Sub Pixel)로 구성되어 있다.
 * Grayscale(계조) - 명도의 단계

서브픽셀들은 R(Red, 빨강), G(Green, 초록), B(Blue, 파랑) 의 빛의 3원색으로 이루어져 있다.
 * Red + Green = Yellow, Red + Blue = Magenta, Red + Green + Blue = White

이렇게 서브픽셀들을 통해 색을 표현하고, 서브픽셀을 통과하는 빛의 양에 따라 색의 농도표시가 가능하다.
이러하여 모든 색을 표현할 수 있게 된다.

TV, 모니터, 스마트폰의 화질을 이야기할 때 가장 많이 거론되는 '해상도'는 한 화면에 픽셀이 몇 개나 포함되어 있는지를 나타내는 척도이다.
보통 가로 픽셀수와 세로 픽셀수를 곱합 형태로 표현된다.
흔히 고해상도라고 하면 픽셀의 농도가 높아 선명한 화질을 의미한다.

사양을 나타내는 단위는 다음과 같다.
SD(Standard Definition)는 480개의 픽셀을 지원하는 브라운관 TV의 대표적인 사양이다. 4:3 화면비율인 640 X 480 해상도이다.
가로에 640개의 픽셀이 들어가고, 세로에는 480개의 픽셀이 들어가 총 307,200개의 픽셀로 구성된다.

HD(High Definition)는 720개의 픽셀을 지원하며 16:9의 화변비율이 일반적이다.
1,280 x 720 해상도로 총 921,600개의 픽셀이 들어가며 SD보다 3배이상 픽셀수가 많다.

Full HD(Full HD)는 세로 1,080픽셀을 지원하며 16:9 화면 비율이다. HD보다 2배 이상의 화질을 구현하는 1,920 X 1,080해상도로 최근 몇 년간 가장 많이 적용된 해상도이다.
2014년 부터는 UHD(Ultra HD)가 출시되며 3,840 x 2,160 해상도를 지원했다.
UHD부터는 4k와 8k로 구분된다.
4K = 3,840x2,160, 8K = 7,680x4,320) 해상도이다.

픽셀 수보다는 단위면적당 픽셀 수가 중요한다. 이는 PPI(Pixels Per Inch)로 나타낸다. PPI가 높을 수록 고화질이다.
동일 해상도라고 해도 화면 사이즈가 다르면 PPI가 달라지게 된다.

 

 

* 삼성디스플레이 블로그를 참고하여 정리하였습니다.