1854년 독일에서 액체와 고체의 중간상태인 물질 '액정'이 발견됐다. 이 물질은 전압에 따라서 분자 배열이 변하는 성질을 가졌다. 예를 들어 빛이 통과할 수 없을 만큼 분자 배열이 뒤엉킨 액정에 전압을 가하면 분자의 배열방향이 나란해져 투명하게 변한다. 1968년 미국에서 이를 디스플레이 용도로 사용했으며, 1971년 스위스에서는 이 성질을 활용한 최초의 TN 방식 LCD(Liquid Crystal Display, 액정디스플레이)다. 이는 LCD모니터의 기초가 됐고 이후 TN 방식은 80년대 말에서 90년대 초까지 TFT-LCD(박막 트랜지스터 LCD)에 많이 적용됐다.
그런데 TN 방식은 디스플레이로서 몇 가지 단점이 있었다. 우선 액정 분자 배열이 시야각과 일치하지 않으면 화면이 잘 보이지 않으며, 화면을 보는 각도에 따라 회색 반전(화면의 명암이 반대로 보이는 현상)이 나타난다. 또한, 빠른 동영상에서 잔상이 남기도 했다. 이런 TN 방식의 시야각 문제를 개선하기 위해 90년대 중반 모니터용 대형 패널을 중심으로 여러 기술이 제안됐는데, 그 대표적 기술이 VA와 IPS다.
VA(Vertical Alignment)방식은 평소에 수직을 향하고 있는 액정 분자 배열이 전압을 넣으면 수평으로 방향이 전환되며 화면을 표시하는 방식이다. TN 방식보다 명암비(화면의 가장 밝은 부분과 어두운 부분의 차이)가 우수하다. 검은색 표현이 뛰어나기 때문에 사진 등을 볼 때 유리하다. 하지만 응답속도가 느려 FPS 게임이나 액션영화 등 빠른 움직임을 나타낼 때 잔상이 생긴다. 또한, 분자 배열이 수직 방향이라 화면에 압력이 가해지면 액정 분자가 옆으로 밀려나면서 흐트러진다. 때문에 화면을 손가락으로 누르면 해당 부분의 색이 변하고 원래대로 돌아오는데 시간이 걸린다. 일반 모니터라면 신경 쓰지 않아도 될 부분이지만 터치스크린이라면 사정이 달라진다. 터치할 때마다 그 부분의 색이 변하니 터치스크린에는 적합하지 않은 방식이다.
이와 달리 IPS(In Plane Switching) 방식은 액정 분자를 수평으로 배열해 이를 제자리에서 회전시키며 화면을 표시하는 방식이다. VA 방식보다 시야각이 좀 더 넓고, 색 표현력이 높다. TN 방식보다 응답속도가 느리지만 VA 방식보다는 상대적으로 빨라 동영상 등을 볼 때 유리하다. 뿐만 아니라 주변이 밝은 야외에서 사용해도 화면이 선명하게 보인다. 또한, VA 방식보다 액정 분자가 안정적인 형태로 배열돼 압력이 가해져도 구조가 흐트러지지 않는다. 즉 스마트폰이나 태블릿PC 등의 터치 스크린에 사용하기 좋다.
IPS방식은 2010년 스티브 잡스가 아이폰4를 소개하면서 주목받았다. 당시 그는 아이폰4를 소개하면서 '레티나 디스플레이'를 강조했다. 레티나는 망막이라는 뜻으로, 사람의 눈으로 화면에 있는 픽셀을 구분할 수 없을 정도로 높은 해상도를 가진 제품이라는 의미다. 그런데 이 레티나 디스플레이는 애플이 만든 마케팅 용어고 실제 기술 이름은 LG디스플레이가 제작한 'AH-IPS'다. AH-IPS는 기존 IPS를 발전시킨 기술로, 시야각이 더 넓고 응답속도가 빠르다. 소비전력도 상대적으로 낮아 스마트폰 등 모바일 기기에 어울리는 방식이다.
최근에는 LG전자 Z360 등 울트라북에도 IPS 방식이 적용되고 있다. 특히 울트라북은 외근이나 조별 모임 등 야외에서 사용하는 일이 많기 때문에 전력소모가 낮고 야외시인성이 높은 IPS 방식이 유리하다. 게다가 작은 화면에 해상도를 높게 만들 수 있어 선명도가 높은것도 장점이다. Z360의 경우 13인치 화면에 1,920 x 1,080(풀HD)해상도를 지원해 선명도가 높은 것은 물론 한 화면에 여러창을 열어놓고 작업하기도 수월하다.
AMOLED와 IPS, LED와 LCD
최근 스마트폰용 디스플레이로 주목 받고 있는 방식은 AMOLED(능동형 유기 발광 다이오드)와 IPS다. 이 둘은 구동방식에서 큰 차이가 있다. IPS(LCD)는 스스로 빛을 낼 수 없기 때문에 패널에 빛을 공급하는 후방 조명이 있어야 하지만, AMOLED방식은 스스로 빛을 내기 때문에 후방 조명이 필요 없다.
AMOLED는 IPS보다 얇게 만들 수 있다. 후방 조명이 필요 없기 때문. 또한, 검은색을 더 정확하게 표현할 수 있다. IPS는 검은색을 표현할 때도 후방 조명이 켜져 있지만, AMOLED는 해당 발광 소자를 꺼버리면 되기 때문이다. 이 덕에 검은색을 나타낼 때 전력소모도 상대적으로 적다(반면 흰색은 상대적으로 전력소모가 많다). AMOLED의 가장 큰 단점은 '번인(Burn-In) 현상'이다. 움직임이 없는 화면을 오랫동안 켜놓으면 해당 이미지가 화면에서 사라지지않고 얼룩처럼 남는 현상이다. 때문에 AMOLED를 탑재한 스마트폰은 화면을 켜놓을 수 있는 최대 시간이 10분정도로 제한된다.
글 / IT동아 이상우(lswoo@itdonga.com)
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