하품 > 포트폴리오 > 시야각에 대한 고찰

기술이 발전하고 생활 수준이 향상되면서 FPD(Flat Panel Display)에대한 관심이 날로 향상되고 있다. PDP/LCD/CRT/OLED 등이 각기 다른분야에서 혹은 중첩된 분야에서 1위가 되기위한 힘겨운 전쟁을 하고 있고, 타 분야의 단점에 대해서 많은 주장을 한다. 오늘은 우리생활에 가장 가깝고, 최근 몇년 사이에 엄청나게 보급된 'LCD'의 시야각 특성에 대해 한번 알아 보고자 한다.

FPD제품군중 LCD에만 시야각 문제가 있다?

대답부터 해보면 '그렇다'이다. PDP나 CRT는 시야각 의존성이 없다. 이 말은 어디에서 살펴 보아도, 화상은 안정되어 보인다는 뜻이다. 오직 LCD에만 시야각 문제가 있는것이다. 지금도 많은 분들이 LCD모니터를 바라보고 계시겠고, 거의 불편없이 잘 사용하시는 분들이 대부분이시겠지만, 만약 여러 사람이 모여 하나의 LCD모니터로 동영상을 본다면?, 또 미묘한 휘도/색상의 차이를 인식할 필요가 있는 계조 표시에 관련된 작업을 한다면? 그때에는 스펙상에 표기된 시야각에 대한 불신과 불만이 생기기 시작할 것이다.

우리가 아는 시야각의 정의

LCD는 말 그대로 (Liquid Crystal Display)이다. 액정(Liquid Crystal)을 통하여 우리는 영상을 보게 된다. 자세히 말하면 '분자가 차지하는 위치와 분자축 방향이 고체와 같이 완전한 규칙성을 가지는 상태와 일반적인 등방성 액체에서 볼 수 있는 것과 같은 불규칙한 상태와의 중간 상태를 가리키는 물질'을 말한다.

바로 이 물질이 보는 각도에 따라 대비비가 변화되는 특성을 가지고 있는것이다. 이 변화 되는 정도를 우리는 흔히 시야각이라고 정의를 한다. 보통 시야각은 상/하, 좌/우에 따라 대비비가 어느 값 이상이 되는 각도를 의미한다. 바꿔 말하면 액정셀에서는 빛이 입사되는 각도에 따라 투과율의 급격한 변화가 발생하기 때문에, 액정 소자의 On/Off구동에서 투과율의 변화로 나타나는 대비비 변화의 값을 각도로 표시한 것이다. 요즘은 여기에 시야각에 따른 휘도 곡선을 그려 Gray Scale Inversion(계조반전)이 일어나기 전의 범위까지 포함해서 시야각을 표기한다. 그래서 지금은 'C/R의 값이 10:1 , 8계조로 구동했을 때의 계조반전(grey level invension)이 없는 영역'으로 시야각을 정의하는데...이 기준만 가지고 시야각이라 말 할수 있을까?

" 시야각 "

현재 알려진 광 시야각 기술

IPS(In Plane Switching)방식

패널 위에 액정 배열 방향을 바꿔줘 패널 자체에서 광시야각 확보가 가능하게 하는 방식이다. 한쪽 기판에 두개의 전극을 가지고 구동하게 될 때 전압이 OFF 시에는 액정 분자들이 누워 있고, 전압 ON 시에는 액정 분자들이 누운 채로 기판과 평행하게 회전하게 되므로 광을 투과하기도 하고 차단하기도 하면서 영상을 표시하게 된다. 일본의 Hitachi에서 개발한 기술이다.

FFS(Fringe-Field Swiching mode)

IPS에서 한단계 발전된 방식이다. 전극간의 간격을 좁혀 Fringe-Field효과에 의해 bright상태에서 불필요한 광 차단을 줄이고, IPS의 단점인 낮은 투과율을 높인 것으로 최근 BOE-Hydis에서도 개발이 되었다. FFS에 DualDomain을 시도하면 다른 추가 공정없이 시야각을 높일수 있다는 연구도 있다.

S-IPS (Super In Plane Switching)

계조 반전이 없고, 광학 설계의 최적화로 중간 계조의 Color Shift 특성을 CRT 수준까지 개선했다는 IPS 기술로 중간 계조의 컬러 변화가 적은것이 특징이다. 아쉽게도 필자가 아는 S-IPS에 관한 지식은 여기까지다.

VA(Vertical Alignment)방식

액정의 초기배향을 수직방향으로 한 것이다. 초기에 액정 분자들이 기판에 수직으로 서 있기 때문에 정면 시야각에서는 앞/뒤 두장의 편광판에 의한 완벽에 가까운 어두운 상태(Dark state)특성을 보여 주지만 정면이 아닌 다른 경사 시야각 방향에서는 편광판을 통과 입사된 빛의 위상 차가 크게 발생하여 광손실이 큰 단점이 있다.

PVA(Patterned Vertical Alignment)

일본 Sanyo에서 개발한 SE(Surrounding Electrod) - 하나의 화소에서 상판의 공통 전극을 둘로 갈라놓아 전기장이 왜곡되어 Multidomain을 구현하는 방법 - 의 발전된 형태로, 분자 배향을 기판에 수직으로 배열하는 VA Mode 를 개선하여 상하 전극 기판에 일정한 형태의 ITO(Indium Tin Oxide)전극을 형성하고 전압을 걸어, 액정을 여러 방향으로 자유롭게 눕히는 방식으로 어느 방향에서 보더라도 동일한 시야각 특성을 가지도록 하는 방법이다. 삼성에서 개발한 방식이다.

MVA(Multidomain Vertical Alignment)

한 쪽 기판에 Rib 를 붙여서 수직 배향 액정 분자를 미리 경사지게 하고 전압을 인가시(ON) 액정 분자들이 더 기울어지게 하는 방식이다. 이 방식의 특징은 Rib 의 방향에 따라 Multidomain을 제작하여 시야각을 넓이는 것으로 시야각이 넓고, Contrast 가 높으며 응답 속도가 빠르나 Rib 에 의한 투과율이 떨어진다. 처음엔 물리적으로 Multidomain을 형성하는 방법이 있었으나, 최근에는 액정과 유전율이 다른 유전체(dielectric)를 이용하여 전기장을 왜곡시키고 Multidomain을 구현하는 방법을 많이 사용한다. 일본의 Fujitsu에서 개발한 방식이다.

이 외에도 DDVA(DualDomain Vertical Alignment), 샤프의 ASV(Advanced Super Vertical Alignment), ASM(Axially Symmetric aligned Microcell)등의 방식이 있다. 현재는 여러 기술들의 장점을 적절히 혼합하여 사용하는 추세이다.

시야각에 영향을 주는 요인

LCD에서 시야각에 따라 영상이 다르게 보이는 이유는 크게 'BLU(Back Light Unit)', '편광판의 불완전한 광조절'과 '액정의 굴절률 이방성' 때문이라고 볼 수 있다.
편광이라는 말은 우리가 볼 수 있는 가시광선의 모든 파장을 포함한 빛(백색광)에서 일부의 빛만을 걸러낸 빛이라는 뜻이다. 일반적으로 사용되는 편광판 역시 시야각에 따른 굴절율 이방성을 갖게 된다. 빛이 투과되는 방향에 따라 투과 분포가 달라지고, 바라보는 시야가 넓어질수록(측면으로 갈수록) 어두운 상태(Dark state)가 되기 힘들게 되어 있다. 그리고 광원에 따른 시야각 의존성을 줄여야 한다. 균일한 밝기가 제공되지 않는 이상 광손실은 생기게 되어 있는 것이다. 그리고 작긴 하지만 Spacer(2장의 기판 간격을 일정하게 유지시키기 위해 유리나 플라스틱 구슬)근처에서 액정의 배열이 뒤틀리게 되어 일어나는 광손실이나 배향막의 스크래치등이 시야각에 영향을 주게 된다. BLU와 시야각의 관계에 관해서는 저번 레포트(백라이트 파헤치기)를 참조하도록 하자.

시야각에 따른 휘도/색상 변화

가장 최근에 출시된 제품들 중 유저의 기대치가 높은 한 제품을 골라 디뱅에서 직접 테스트를 시행해 보았다. 참고로 이 제품의 스펙상 시야각은 상/하/좌/우 160도임을 밝혀둔다.

휘도(cd/㎡) 색온도(K)

정면

223.61
7319

30도 회전
172.16 5708

60도 회전
70.70 4448

" 시야각에 따른 R/G/B 색좌표 변화도 "

표와 그림에 간단히 덧붙이면, 상/하/좌/우 20도만 다른 시야각으로 바라보아도 휘도/색온도는 정면에서 바라볼 때 보다 훨씬 낮아짐을 알 수 있고, 색감역시 많은 차이가 있었다. 정면에서 바라본 파란하늘 배경은 고개만 약간 틀더라도 이미 조금전에 바라본 그 하늘이 아닌것이다.

시야각은 상술?

짧게나마 시야각에 대해 알아 보았는데, 그 어디에서도 색상에 관한 내용은 찾을 수 없다. 분명히 보는 각도에 따라 색상/밝기가 모두 달라지는데 왜 시야각은 명암비로만 계산을 하는지 필자는 이해할 수가 없다. 물론 이 글을 읽고 계신 유저들도 '모니터야 눈앞에서 바라보는데 그게 뭐가 중요한가?'라고 생각하시는 분이 계시겠지만, 기준이 정확하지 않은 시야각에 매료되어 제품을 구입하시는 유저들을 생각하면 제조사측의 기준은 하루 빨리 보완되어야 한다고 생각된다. 현재의 스펙에 나와있는 170도 ~ 176도는 소비자를 우롱하는 처사이다.

맺음말

우스갯 소리지만 시야각이 좋지 않으면, 주변 동료들과 더 가까워 진다는 말이 있다. 중간에 꼭 붙어서 봐야 제대로된 색감을 볼 수 있다는 것이다. --;
가장 중요한 것은 제품이 출시된후 그 제품을 사용하는 것은 바로 유저라는 것이다. 시야각은 보는사람의 관점에서 가장 보기 편한각도(정확한 색감, 밝기)가 되어야 시야각이라 말 할수 있지 않을까? 맨 앞에 언급했듯이 FPD중 유독 LCD에만 시야각 문제가 있으니, 완벽하지 못한 규정으로 170도 이상이라고 하지 말고, 동등한 조건에서 비슷한 수치가 나올때 LCD의 장점이 더 부각될 것이다. 최소한 '색감 유지 시야각'의 관점에서 새로운 규정이 생겨야 한다.