아이폰9과 같은 스마트폰의 LCD와 OLED의 특징과 장단점을 알아보자.

안녕하세요 시원입니다.

어제에 이어서 오늘은 스마트폰이나 모니터에 관련된 이야기를 해볼까 합니다.

그것은 다름아닌 디스플레이입니다.

디스플레이중에서도 LCD와 OLED에 대한 이야기를 해볼까 하는데요, 그 이유는 바로 다음과 같습니다.

이번에 아이폰XS와 아이폰 XS PLUS의 경우 OLED 디스플레이가 탑재될것이고, 아이폰9의 경우 LCD 디스플레이가 장착될 예정입니다.

(아 물론 아이폰 XS, XS 플러스는 확정된 네이밍이 아니지만, 블로그에서 지칭하기위해 편의상 이렇게 부르겠습니다.)

이처럼 이제 스마트폰의 대부분이 OLED로 넘어가는 단계에 있기때문에 한번은 언급해야 한다고 생각합니다.

아직도 대다수의 사람들이 이 디스플레이가 무엇이고 다른것과 어떤 차이점이 있는지 잘 모릅니다.

저 역시 잘 모르기에 한번 제대로 짚고 넘어갈 타이밍이라 생각하여, 배워둘겸 공부를 하면서 포스팅을 했습니다.

그래서 이번 포스팅의 주제는 스마트폰의 LCD와 OLED를 알아가며 여러 명칭과 각기 장단점을 소개하도록 하겠습니다.

이학 및 공학을 전공하신분이라면 좋겠지만, 아니어도 쉽게 따라올 수 있도록 설명하겠습니다.

자 시작합니다.

 

-LCD란 무엇인가-

우선적으로 디스플레이는 빛의 3원색 원리에 따라서 Blue, Red, Green 이 표현이 가능하다면 이 색상들을 합성하여 원하는 컬러를 얻을 수 있습니다.

위 사실을 바탕으로 하여 풀어나가도록 하겠습니다.

그 중에서 LCD는 Liquid Crystal Display의 약자로 액정을 사용하여 화면을 표시하는 디스플레이 방식입니다.

그런데 여기서 도대체 액정이 무엇인지 궁금합니다.

액정(Liquid Crystal)이란 액체(Liquid)와 결정(Crystal)의 중간상태에 있는 물질을 뜻합니다.

다른말로 하자면, 액체와 고체 두가지 특성을 갖고 있습니다.

이 액정이란 녀석은 본래 불규칙적인 액체 상태인데 전기 신호를 주면 결정상태가 되는데요 이것이 빛이 통과하지 못해서 어둡게 보입니다.

이 말은 전기 신호를 받지 않은 부분은 빛이 통과가 된다는 말이죠.

결국 액정은 빛을 통과시키거나 차단시키는 역할을 합니다.

여러분이 흔히 알고있는 전자시계가 바로 LCD형태입니다. 흑백으로 표현이 되죠.

그러면 우리가 보고 느끼는 스마트폰의 칼라는 어떻게 표현될까요? 그것은 RGB(Red, Green, Blue) 컬러 필터로 표현을 합니다.

오로지 전기만을 통해서 색을 표현할 수 없기에 이렇게 컬러 필터가 들어가는 것입니다.

예상하셨겠지만, 이 RGB로 구성된 컬러필터는 이미지를 위한 색상을 만드는 역할을 합니다.

보통 RGB의 하나를 서브픽셀이라 부르는데, 이 서브픽셀을 이용하여 각각의 컬러픽셀을 만들게 됩니다.

<이렇게 디스플레이 뒷부분에 백라이트에서 나온 빛을 색상 필터가 걸러주어 원하는 색을 얻을 수 있습니다.>

 

그런데 또 흥미로운게 LCD가 있고 TFT-LCD라는게 있습니다.

보통은 TFT-LCD를 일반적으로 LCD라고 불리는게 보편화되었는데, 그 이유는 다음과 같습니다.

OLED도 AMOLED가 있고 PMOLED가 있듯이, LCD도 AMLCD가 있고 PMLCD가 있습니다.

여기서 PM은 Passive Matrix라 하여 PMLCD를 수동형LCD라고 일컫습니다.

이녀석이 반도체소자(TFT)가 없이 배선만 연결한 LCD입니다.

이 PMLCD는 TN과 STN방식이 있는데 이 방식은 액정 물질의 특성에 따른 구분이며, TN-LCD 또는 STN-LCD라고도 부릅니다. 

여기서 TN은 Twisted Nematic의 약자이고, STN은 Super-Twisted Nematic의 약자입니다.

약자만 보아도 예측 가능할텐데, 위 결정(고체와 액체 중간정도의 물질)들은 트위스트 형태로 되어있는데 전압이 인가되면 액정분자의 배열이 변화됨으로써 명암을 발생되어 숫자나 영상을 표시하는 것입니다.

(참고로 전자시계, 전자계산기에 사용되는 간단한 LCD를 수동형LCD라 합니다.)

<참고하시라고 올립니다. 이런것이 대표적인 LCD 전자시계입니다.>

 

반면에 AM은 Active Matrix라 해서 능동형이라고 생각하면 됩니다.

다시 말해, AMLCD는 능동형LCD라고 보면 되지요. 이 AMLCD는 반도체(TFT)소자를 액정 화소에 한개 이상 배치하고, 여기에 설치된 반도체가 액정의 동작을 제어하게 됩니다.

이때 반도체 뿐만 아니라 신호를 저장할 수 있는 Capacitor도 같이 형성됩니다. 이 녀석이 순간적인 기억저장장치 기능을 하게되므로 주기적인 제어신호를 반복하지 않더라도 각 화소별로 다른 글자를 표현할 수 있습니다.

다시 말하자면, 액정소자에 반도체(TFT : Thin Film Transistor)를 같이 연결해 놓은 LCD를 TFT-LCD라 하고 AMLCD라 하기도 합니다.

이것이 스마트폰이나 노트북 또는 모니터에 사용되는 대부분의 LCD이고 이를 TFT-LCD라 합니다.

위에서도 언급했지만 보통은 TFT를 생략한체 그냥 'LCD'라고 부르기도 합니다.

 

조금 더 자세하게 살펴보겠습니다.

다음 사진을 참고해주시기 바랍니다.

위 사진을 보면 편광판(Polarizer)이 2개가 있는데 그 사이에 액정이 있습니다.

여기에 전압을 주게되면 결정이 되는 부분과 안되는 부분으로 나뉘게 되는데 이때 백라이트를 통해 우리가 보는 화면이 나오는 것입니다.

사진처럼 전압의 강도를 조절하면 각 컬러의 밝기까지도 조정할 수 있습니다.

(위에서도 언급했지만 TFT란 Thin Film Transistor의 약자입니다.)

이것은 전기적 신호를 전달 및 제어하는 역할을 하며, 액정은 인가된 전압에 따라 분자구조를 달리하여 빛의 투과를 제어합니다.

이렇게 제어된 빛은 Color Filter를 통과하면서 이미지를 위한 색상을 만들게 되고 수평한 편광필터를 지나서 스크린에 나타나게 되지요.

이것이 바로 LCD입니다.

 

-OLED란 무엇인가-

 

OLED는 Organic Light Emitting Diode의 약자로 한글로 풀이하자면 '유기 발광 다이오드'입니다.

즉 자체 발광하는 유기화합물로 만든 디스플레이로 LCD(액정표시장치)와 다르게 백라이트(BLU : Back Light Unit)가 필요없습니다.

(반면, 다시 한번 강조하건데, LCD는 자체발광 매커니즘이 아니기에 백라이트가 없으면 빛을 낼 수 없습니다.)

예전에는 냉음극관(CCFL : Cold Cathode Fluorescent Lamp)을 많이 사용하였지만, 요즘은 일반적인 LED(Light Emitting Diode)를 백라이트로 사용하고 있습니다.

(아 참고로 일반적인 LED는 빛을 발하는 반도체소자를 말합니다. 주로 전자제품 및 자동차계기판의 전자표시판에 이용됩니다.)

LED 얘기하다보니 문득 청색LED가 떠오르네요, 다들 아시겠지만 청색LED를 개발한 3명에게 2014년에 노벨물리학상을 주었습니다.

1950년대에 적색LED가 개발되고, 1960년대 후반에 녹색LED가 개발되었으나 청색LED는 여전한 난제였죠. 물리학계의 오랜 문제였던 'P형 도핑의 딜레마'를 풀어냈고 기어코 1992년에 질화갈륨을 이용해 청색 LED를 개발해 냈습니다.

그리하여! 드디어! 빛의 3원색인 적색LED+녹색LED+청색LED = Red + Green + Blue = RGB가 탄생하게 된것입니다.

이로 인해 우리는 흰색 조명을 비롯하여 1,600만가지에 이르는 색을 구현화시킬 수 있었을 뿐만아니라, 10만시간 지속되는 혜택을 누리게 됩니다.

우리는 이 가공할 혜택을 누리면서 살고 있지요. 심지어 LED는 저렴하기까지 합니다.

이 청색LED를 개발해 내신분들이 바로 아카사키 이사무, 아마노 히로시, 나카무라 슈지 이며, 다시 한번 이 과학자분들께 감사드립니다.

아무튼 OLED는 얇고 가벼운데다 명암비와 색재현력이 LCD에 비해 월등히 좋아서 TV와 스마트폰 등에 폭넓게 쓰일 수 있는 장점이 있습니다.

LCD의 사진과 비교하여 한번 보겠습니다.

<사진으로 보아도 OLED가 복잡하지 않고, 굉장히 얇다는것을 판단할 수 있다.>

 

이렇게 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자가 유기물과 결합하면서 빛이 생기는 원리를 이용한것입니다.

또 위에서도 가볍게 언급을 했지만, OLED도 AMOLED와 PMOLED로 나눌 수 있습니다.

제어 방식에 따라 나누는 것인데요, 라인구동방식이 바로 수동형(PMOLED)이고 개별구동방식(픽셀마다 TFT가 있는것)이 바로 능동형(AMOLED)입니다.

최근에는 PMOLED가 쓰이지 않기 때문에, 요새 부르는 OLED는 그냥 AMOLED(아몰레드)라 생각하면 됩니다.

왜 PMOLED가 안쓰이냐면 AMOLED보다 안좋기 때문이죠.

AM이 대면적화에 유리하며 PM과 달리 구동하지 않는 픽셀은 전력소모가 없습니다. 

이제 이 정도로 OLED와 LCD에 대한 소개는 마치도록 하겠습니다.

 

-결론적으로 LCD VS OLED 누가 더 좋을까?-

색 재현력과 명함비 : OLED

위에서 본것처럼 LCD는 구조가 복잡해 빛이 나아가는데 걸리적거리는게 많습니다.

반면에 OLED방식은 빛이 나아가는데 걸리는게 없죠.

때문에 색재현력이 좋을수 밖에 없습니다.

조금 더 양념을 첨가하자면, OLED는 백라이트가 없기에 자체적으로 빛을 냅니다. 따라서 높은 명암비, 쉽게 말해 리얼하게 색을 표현할 수 있습니다.

그에 반해 LCD는 백라이트가 항상 켜져있기때문에, 아무리 액정(고체)으로 잘 막는다 하더라도 빛샘현상이 발생합니다.

때문에 아래의 사진과 같은 현상이 나타나게 되는 것이죠. 비교하라고 올립니다.

<LG OLED와 LCD의 블랙색상 테스트 화면. 흰색 경계선을 기준으로 번짐이 없는 OLED입니다.>

 

전력소모 : 판단보류

누가 더 좋은지 결정을 못내린 이유는 다음과 같습니다.

다들 아시다시피 화면 밝기에 따라 전력 소모도 차이가 있습니다. OLED가 그런경우입니다. 화면 밝기와 관계없이 항상 밝은 화면만을 사용하는 LCD에 비해 화면 밝기가 어두울수록 전기를 덜 쓰기때문에 OLED가 전력 소모가 적어집니다.

예전에는 OLED가 LCD보다도 전력소모가 더 컸지만, 지금은 기술적인 발전으로 OLED가 더 전력소모가 적어지는 추세기도 합니다.

 

시야각과 자유도 : OLED

말하자면 입이 아플정도입니다.

LCD는 선편광판을 통해 보고, 컬러 필터를 통해야 색이 나타나기에 옆이나 위, 아래에서 보면 컬러가 다르게 보입니다.

OLED는 이런문제가 거의 안나타납니다. 왜냐면 각각의 OLED소자가 빛을 내기 떄문에 어디서든 잘 보이기 떄문이죠.

또한 소자 하나하나를 개별배열하는 방식이므로 여러 스타일의 스마트폰을 만들 수 있습니다.

대표적으로 아이폰X의 M자 탈모 형태의 스마트폰이 그 적절한 예라 할 수 있습니다.

또한 오죽하면 휘어지는 OLED를 개발하겠습니까.

이것을 Flexible OLED라 합니다. 요즘들어 많이 적용하고있죠. 휘어지거나 구부러지는 스마트폰 말입니다.

<예전에 나왔던 Flexible OLED를 적용시킨 스마트폰입니다.>

 

이처럼 모든것이 압도적으로 OLED가 좋지만, 이 OLED의 최대 단점이 존재합니다.

그것은 많이 들어봤을 번인현상이죠.

OLED소자를 많이 쓰게 되면 그 부분만 어두워지게 됩니다.

왜냐면 같은 화면만 계속 보게되면 특정 픽셀만 같은 빛을 계속 내게 되면서, 그 픽셀의 수명만 소모되게 됩니다.

그래서 많이 보는 바탕화면 아이콘이 다른 화면을 볼때도 보이게 되는 현상이 나타나게 되죠. 마치 잔상처럼 말입니다.

이 번인현상만 개선한다면, 정말 압도적으로 OLED가 좋은데 말이죠.

이것때문에 아이폰X가 판매량이 많지는 않았던것으로 알고있습니다.

 

<이번 2018년도 하반기에 나올 iPhoneXS, iPhone9,iPhoneXS PLUS입니다.>

 

앞으로 계속 기술개발이 되면서 개선해 나갈것이 분명하니, 저는 OLED에 손을 들어주고 싶습니다.

이번에 공개된 갤럭시노트9과 곧 공개할 아이폰9 그리고 아이폰XS 및 아이폰XS PLUS가 각기 LCD와 OLED를 적용하니, 잘 비교해서 구매하시기 바랍니다.

이것으로 오늘의 포스팅을 마치도록 하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.