5. FPD : LCD(Liquid Crystal Display)
TFT-LCD는 대표적인 비발광형(Non-Emitter) 디스플레이로, 현존하는 디스플레이 중 가장 많이 사용된다. 초기에는
PC모니터와 노트북 디스플레이 위주로 사용되었으나 현재는 대형TV, 스마트폰 디스플레이에서도 주로 사용되고 있다.
LCD는 소자가 빛을 발산하는 방식이 아니기 때문에 발광형과 달리 빛의 통과 구조가
복잡하다. 일단 빛을 발산하는 백라이트유닛(Back Light Unit)이 필요하고 이를 조절하여 통과시키는 액정(Liquid Crystal)이 필요하며, 색을 씌울 컬러필터(Color
Filter)가 필요하다.
LCD의 기본구조
그림에서 보듯이 LCD는 백라이트 빛이 액정 소자 묶음과 컬러필터를 통과하며 색을 낸다.
액정 컨트롤 전류에 따라 액정의 위상이 변하고, 백라이트 빛의 통과한도가 조절되는데, 이 액정을 통과한 빛은 컬러필터를 투과하며 색을
발산한다. (컬러필터는 셀로판지 같은 것이라 이해하면 편하다.)
LCD의 특성은 이 액정의 구조에 기인하는데, 일반적으로 그림처럼 액정이 가로로 누워있으면
빛이 통과하고, 세로로 서있으면 통과하지 않는 특성을 갖는다. 이 액정의 위상이 그림처럼 가로에서 세로로 변하는 시간이
응답속도이며, 액정과 눈과의 각도 때문에 눈으로 보이는 액정의 위상 차가 발생하여 시야각의 한계가 생긴다.
LCD의 장점
LCD의 최대 장점은 바로 높은 해상도의 구현이라고 할 수 있다. PDP 와 LCD간 대형TV에서 우수성 논쟁이
제기되었을 때도 LCD가 가지는 최대 장점은 해상도였는데, LCD는 PDP나 OLED와 같이 발광형이 아니기 때문에 구조적 특성으로 해상도 조절이
더 수월하다.
LCD의 컬러필터, R/G/B 세 개의 서브픽셀이 모여 하나의 픽셀이 된다.
LCD에서 ppi를 결정짓는 부품은 바로 TFT(Thin Film Transistor)다. 실제로 TFT의 제작이 얼마만큼 작은 미세공정에서
가능한가에 따라 더 높은 ppi의 구현이 결정되는데, 일반적으로 6~7개의 TFT와 1~2개의 Capacitor를 사용하는 OLED에 비해
1개의 TFT만을 사용하는 LCD는 ppi 상승에 더 유리하다.
이와 함께 LCD의 ppi에 영향을 미치는 것이 바로 컬러필터 인데, LCD는 그림과 같이 픽셀 구분줄(검은색영역)을 컬러필터에 '그려'
픽셀을 구현하는데,
역시 보다 작은 미세공정에서 원하는 크기의 픽셀을 구현하도록 미세하게 필터를 제조하면 얼마든지 ppi 조절이 가능하다.
 해상도와
함께 LCD의 대표적 특징은 색감조절이 유리하다는 점이다. 그 이유는 LCD가 바로 발광형이 아닌 비발광형이라는 데 있다.
LCD는 옆의 사진과 같이 백라이트를 사용해서 빛을 보내면 액정에서 변하는 위상만큼 빛을
통과시키거나 차단하면서 이미지를 구현한다. 색을 입히는 것은 백라이트나 액정이 아니라 그 위에 씌워져 있는 컬러필터를 통해 구현된다.
따라서 컬러필터의 색감을 조정하면 얼마든지 원하는 색감의 제품을 얻을 수 있는데,
일반적으로 색재현율을 이야기할 때 가장 많이 언급되는 표준은 CRT디스플레이에서 정해진 NTSC기준과 최근들어 'NTSC' 표준을 대체하고 있는
'sRGB'기준이 있다. LCD는 현재 NTSC 72% (sRGB기준 100%)를 정확하게 표현 가능하며 다양한 제품이 이 규격을 준수한다.
LCD의 단점
하지만 반대로 LCD의 최대 단점 역시
LCD가 비발광형이라는 데서 나온다. LCD는 백라이트의 빛을 액정을
투과하며 표시하기 때문에 액정을 통과하며 나온 빛은 시야각에 따라 색상과 밝기가 다르게 보이는데, 이러한 현상의 원리는 다음과 같다.
LCD(TN패널)의 시야각에 따른 액정 위상의 차이
그림은 TN패널을 기준으로 표현한 것인데, 앞서 설명했듯이 LCD의 구동방식은 액정
위상에 따라 빛을 통과시키거나 차단하는 방식이다. 문제는 액정을 바라보는 사람의 눈 각도에 따라 통과되거나 차단되는 양이 달라진다는 점이다.
그림을 보면, 단면에서 볼 때 약 45도 정도 누워있는 액정 소자를
정면에서 바라볼 때는 50%의 빛만 투과해야 정상이다. 하지만 패널을 비스듬하게 보게 되면 액정 소자와 90% 각도에서 바라볼 때는 빛이 '100% 통과'를,
반대 방향에서 바라볼 때는 빛이 '차단' 되어 보인다. 이에 따라 원래보다 밝아져 '백화'현상이, 원래보다 빛이 적어
'반전'현상이 나타나게 된다.
물론 이러한 시야각의 한계는 VA와 IPS방식의 광시야각 기술을 적용한 LCD 패널의
등장으로 어느 정도 극복해 가고 있다.
액정(Liquid Crystal)의 소자 묶음
이와 함께 LCD는 입력신호에 따라 액정 위상이 변하는데 일정한 시간이 소요되는되어 응답속도
면에서 발광형 FPD인 OLED 또는 PDP에 비해 다소 느린 편이다. 일반적으로 발광형인 PDP나 OLED는 소자TR의 응답시간이 곧 응답속도가 되는데, LCD는 이 소자 TR의 응답속도와 함께
액정 위상이 변하는 시간이 추가로 소요되어 응답시간이 발광형과 비교해 느려지면서 잔상이 보이는 문제가 있다.
또 다른 LCD의 대표적인 단점으로는 '명암비' 가 있다. 백라이트는 항상
켜져있는데 현재까지 LCD는 액정의 위상 조절을 통해 빛을 100% 차단할 수 없기 때문에 100% 어두움을 표현하기 힘들다. 이에 따라 LCD는
밝고 어두움을 구분하는 명암비가 발광형 FPD에 비해 다소 떨어진다.
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