PDP 기술 분석 및 향후 전망

PDP

글 : 김정환, 김태형, 최준환, 권재홍 / 전자전기공학과, 주병권 교수 / 전기전자전파공학부www.korea.ac.kr / 고려대학교1. PDP 역사 및 특징PDP 역사인간의 뇌에 기억되는 정보는 약 3Mbps 정도의 시각정보와, 20~50Kbps 정도의 청각 정보로 이루어진다고 알려져 있다. 다시 말해서 정보는 청각보다는 시각에 의한 전달이 훨씬 유리하다. 따라서 정보화 시대에 살고 있는 오늘날 디스플레이 장치의 필요성은 정보전달 면에서 가장 유리하며 필수불가결한 것이라 말할 수 있다. 현재 가장 널리 보편화 되어있는 디스플레이 장치로는 PDP와 LCD를 볼 수 있고, 그 중에서도 PDP는 가장 먼저 디스플레이 장치의 대형화를 선도했다는 점에서 중요한 역할을 담당해오고 있다.PDP는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)의 약자로 전면유리와 배면유리 및 그 사이의 칸막이에 의해 밀폐된 유리 사이에 He+Ne+Xe의 가스를 넣어 양극과 음극의 전극에 고전압을 인가하여 빛을 발광시키는 것으로 전기적인 기체방전에 의해 생성된 플라즈마를 이용하여 영상을 표시하는 장치를 말한다. 플라즈마는 아주 높은 온도에서 기체분자가 전자와 이온으로 분리된 상태를 말하는데, 물질의 상태는 온도를 올려줌에 따라서 그 상태가 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 변화한다. 여기에 계속 열을 가하면, 기체 분자는 결국 전자와 이온으로 분리된다. 이러한 물질의 새로운 상태를 일컬어 ‘물질의 제 4의 상태’라고 하며, 바로 이것이 플라즈마 상태이다. 플라즈마 상태의 기체는 음전하와 양전하의 수가 거의 같은 밀도로 분포한다. 따라서 전기적으로 거의 중성의 특성을 보인다. AC형 플라즈마 디스플레이의 발명은 1968년 일리노이즈대학의 오웬스 등에 의한 개발연구로서 실용화되었다. 한편, 일본에서는 1970년대 초반부터 NHK, 히타치 및 소니사 등이 HDTV 개발을 위한 연구에 착수하면서 PDP를 표시장치로 이용하는 연구가 시작되었다. 1980년대 초반 마쯔시타는 포터블 컴퓨터용 모노크롬 DC PDP를 상업화 할 수 있었으며, NHK는 HDTV 구현을 목표로 대형화에 용이한 DC PDP의 개발을 지속적으로 진행해 왔다. 특히 NHK는 펄스 메모리 기능을 이용한 구동 방식의 채용 및 대형화·고정세화 기술 개발을 통해 DC PDP의 기술 개발을 주도했다. 후지쯔에서는 ADS(Address & Display Separate) 방식을 개발하여 이제까지 AC형에서 문제가 되어왔던 256계조의 문제를 해결하였다. 1993년은 PDP 기술 개발의 획기적인 전환기가 시작된 해로서, 후지쯔에서 21인치 면방전형 칼라 AC PDP의 양산이 최초로 시작되었다. 그러나 PDP 기술도 1995년 국내 LG전자의 40인치 PDP 개발을 시작으로 그 주도권이 일본의 독주에서 일본과 한국의 양극화 모습으로 나타나게 되었다. 오히려 1998년 LG전자 60인치 대형 PDP 개발을 시점으로 대형 PDP 개발은 LG전자와 삼성SDI의 경쟁 구도를 이루고 있다. 2005년 LG전자와 삼성SDI가 100인치 PDP 발표 후 2006년 일본 마쯔시타에서 103인치 PDP를 발표한 것이 최근 PDP 대형화 기술의 현실을 보여 준다. 최근에는 대형 PDP 기술 개발에서 100인치 이상은 의미가 없어 고화질의 고정세화 기술에 집중하고 있다. 현재 60인치 풀-HD PDP 기술 개발은 완료 되었으며 50인치 개발도 조만간 시장에 출하 될 것이다.PDP의 특징PDP는 현재 활발히 연구되고 있는 LCD(Liquid Crystal Display), FED(Field Emission Display), ELD(Electro luminescence Display)와 같은 여러 분야의 평판형 디스플레이 중에서도 대형화에 적합한 많은 장점을 가지고 있다. PDP가 평판으로써 대형화가 가능한 이유는 구조 상 두께가 각각 3㎜ 정도 되는 유리기판을 2장 사용하여 각각의 기판 위에 적당한 전극과 형광체를 도포하고 약 0.1∼0.2㎜ 정도의 간격을 유지하여 그 사이의 공간에 플라즈마를 형성하는 방법을 채택하기 때문이다. PDP가 다른 평판 디스플레이보다 많은 장점을 갖고 있었으나, LCD의 비약적인 기술 발전으로 PDP와 동등한 수준의 성능을 갖게 되면서 PDP의 장점이 많이 약해지고 있는 모습이다. PDP의 특징이라고 할 수 있는 것들은 다음과 같다.A. 경량화CRT를 40인치 크기로 만들 경우 TV 세트 무게가 100㎏이 넘게 된다. 반면 PDP는 같은 크기의 세트가 불과 20㎏ 정도의 무게를 가지며 이는 부품의 경량화를 통해 더욱 줄일 수 있으리라 기대된다.B. 매우 강한 비선형성가스 방전은 전극 간에 전압이 인가되더라도 방전 개시 전압 이하의 인가전압에 대해서는 방전이 일어나지 않는 강한 비선형성을 갖는다. 따라서 한 선당 1000개 이상의 화소를 갖는 대형 패널의 구동에 있어서도 행구동 방식을 쓰면서 선택적인 방전을 할 수 있어 1000×1000 방전 셀을 갖는 패널의 구동에도 100만개의 선이 필요하지 않고 2000개의 구동회로만으로 가능하다. 이 성질을 이용하여 디지털 방식의 계조(gray scale)구현을 할 수 있으며, 현재 256계조 표시능력을 갖는 풀 컬러 PDP가 개발되어 있다.C. 메모리 기능PDP는 이전 상태의 조건에 의해 다음 상태가 결정되는 기억 기능(Memory function)이 존재한다. AC형의 경우 유전체 위에 형성이 되는 벽전하에 의해서 메모리 구동이 가능하며, DC형의 경우 펄스 메모리 방식에 의한 메모리 구동이 가능하다. 기억 기능은 대형 디스플레이의 구동에 필수적인 기능이며, 이러한 메모리 방식에 의해 구동하는 경우에는 초대형의 패널에 대해서도 휘도의 저하 없이 고화질의 화상을 표현하는 것이 가능하다.D. 풀 컬러화의 용이성PDP의 컬러 구현은 방전에서 형성되는 자외선이 형광막을 자극하여 가시광을 발광시키는 광발광(Photoluminescence) 메커니즘을 이용하며, CRT 수준의 색재현이 가능하다. 따라서 향후의 기술 개발에 의하여 휘도 개선이 더욱 이루어져 고 명암비가 달성된다면 매우 우수한 풀 컬러의 구현이 가능하다.E. 낮은 제조가격PDP의 기판 유리로는 일반적으로 널리 이용되는 소다-라임 글래스를 사용하며, 전극, 유전막 및 격벽 등의 재료들도 보편적으로 저가로 제조 할 수 있다. 따라서 대량의 생산 공정 기술을 확립한다면, 저가의 생산 단가로 양산될 수 있으며, 초창기 42인치 기준으로 500만원 대 이었던 것이 현재는 100만원 대까지 낮아졌다.F. 광시야각PDP는 자기 발광 소자이므로 시야각이 극히 넓다. 좌우상하 160도 이상의 넓은 시야각을 가지며, CRT와 동일한 수준이다. 최근에는 LCD 또한 보상필름의 기술 개발로 160도 이상의 넓은 시야각을 확보하고 있다.G. 고전압 구동회로현재 약 180∼220V, 180∼230kHz의 전압과 주파수를 갖는 펄스가 PDP 구동에 이용되고 있어 구동에 고내압 IC가 필요하게 되어, 고가의 구동 IC 가격이 총 패널가격에서 점하는 비율이 매우 높아 구동전압을 낮춤과 동시에 구동 방법의 개선을 통해 구동 IC가 점하는 비용 비율을 낮출 필요가 있다.2. PDP 구조 및 종류PDP 구조오늘날 가장 보편화 되어 있는 AC 면방전형 PDP의 구조는 그림 1과 같이 크게 상판과 하판으로 구성되어 있다. 전극은 상판에 유지전극을 배치하고 하판에는 어드레스 전극을 상판의 유지 전극과 직각으로 교차하여 배치하고 있다. 상판에는 방전 유지를 위한 유지전극이 있는데 이는 공통 전극(X전극)과 스캔전극(Y전극)으로 분류된다. 스캔 전극은 어드레스 전극과 방전을 일으켜 유지방전을 일으킬 셀을 선택한다. 공통 전극은 스캔 전극과 함께 유지방전을 일으킨다. 스캔 전극은 라인별로 분리 되어 있고, 공통 전극은 유지방전 펄스가 패널 전체에 인가되기 때문에 전극 전체가 공통으로 서로 연결되어 있다. 유지 전극은 투과도를 고려하여 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되고, 전극의 가장자리에는 ITO의 높은 전극저항을 보상하기 위해 은 또는 크롬-구리-크롬의 버스 전극을 형성한다. 이 유지 전극 위에는 용량성 커패시턴스의 형성을 통한 전류 제한을 하기 위해 유전층을 도포하고, 그 위에 산화마그네슘(MgO)의 보호막을 증착한다. MgO 보호막은 유전층을 이온의 스퍼터링으로부터 보호하고, 또한 방전 시에 낮은 에너지의 이온이 표면에 부딪혔을 때 비교적 높은 이차 전자발생 계수의 특성을 가져 방전 플라즈마의 구동 및 유지 전압을 낮춰주는 역할을 한다. 한편, 하판에는 유리기판 위에 언더 레이어를 형성하고 그 위에 어드레스 전극을 배치한 후에 반사판의 역할을 하는 화이트 백 레이어 유전체층을 형성한다. 방전 셀을 구분하고, 상판과 하판의 공간을 확보하기 위하여 높이 130um의 격벽을 설치한 다음 형광체를 격벽과 화이트 백 레이어 유전체층 위에 도포한다. 격벽을 따라서 도포된 빨강, 녹색, 파랑에 해당하는 3개의 서브 픽셀이 하나의 화소를 이룬다. 42인치 VGA는 852×480의 화소를 가지고, 42인치 XGA는 1024×768의 화소를 가진다. 50인치 및 60인치 XGA는 1366×768개의 화소를 가지고 50인치 및 60인치의 풀-HD는 1920×1080의 화소를 표시한다.PDP에 사용되는 기체는 400Torr~500Torr 정도의 헬륨(He), 네온(Ne), 크세논(Xe)의 혼합기체가 주로 사용된다.PDP 종류PDP는 인가되는 구동전압 파형의 형태와 방전 셀의 구조에 따라 직류(DC)형과 교류(AC)형으로 구분된다. 그림 2에서 알 수 있듯이 DC형과 AC형의 구조적인 가장 큰 차이는 DC형의 경우 전극이 방전 공간에 그대로 노출되어 있어 전압이 인가되는 동안 방전 전류가 흐르게 된다. 따라서 전류제한을 위한 저항을 외부적으로 만들어 주어야 하는 단점이 있다. 반면에 AC형의 경우 전극을 유전체 층이 덮고 있어 자연스러운 용량성 형성으로 전류가 제한되며, 방전 시 이온의 충격으로부터 전극이 보호되므로 DC형에 비하여 수명이 길다. AC PDP의 중요한 특성 중의 하나인 메모리 특성도 용량성으로부터 기인한다. 그림 2에서와 같이 AC형은 다시 대향전극형(Two Electrode Type)과 면방전형(coplanar Type)으로 구분된다. AC 대향 전극형의 경우 1967년경 일리노이즈대학의 오웬스 등에 의해 발명되었으나, 컬러표시를 위해 형광체를 도포해 사용하면서 이온 충격에 의한 형광체 열화로 인해 수명이 단축되는 문제가 발생하였다. 이러한 문제의 해결책으로 면방전 구조가 1976년 벨연구소에서 제안되었다. 면방전형 구조는 표시방전이 일어나는 전극부분을 한쪽으로 모으고, 형광체를 반대쪽으로 위치시켜 방전 시 이온충격으로 인한 형광체 열화를 최소화함으로써 대향형 구조의 문제점을 극복하였고, 현재까지 PDP의 주류를 이루는 구조로써 널리 이용되고 있다. 또한 구동 방법에 의한 분류로는 ADS(Address Display Separated)방식과 AWD(Address While Display)로 구분되며, 어드레스 방전에 의한 분류로는 SW방식과 SE 방식으로 구분된다.3. PDP 구동 원리PDP 발광 원리플라즈마 디스플레이는 마주보는 대향의 전극 사이에 가스를 봉입하고 전압을 인가함으로써 발생하는 가스방전을 이용하는데 가스방전에 의해 발생한 자외선으로 적색·녹색·청색을 내는 형광체를 여기하여 가시광을 얻는 디스플레이 장치이다. 그림 4와 같이 유지 전극에 200V의 전압을 인가하면 셀 공간에 존재하는 시드 전자가 전기장에 의한 가속을 받게 되고, 가속된 전자들은 충돌을 통해 주위의 중성입자를 이온화 시키게 되며, 이온화를 통해 얻어진 이온과 자유 전자들 역시 전기장에 의해 가속되며, 충돌을 통해 또 다른 중성입자를 이온화 시킨다. 이러한 과정을 아발란체 방전이라 한다. 이때, 전자의 충돌에 의해 중성입자가 이온화 되는 과정에서 여기 과정 후에 발광에 필요한 자외선이 방출된다. 즉, 여기 과정에서 높은 에너지 준위로 올라갔던 전자가 자기 자리로 돌아오면서 남는 에너지를 자외선(VUV)으로 방출하며 이 자외선이 형광체와 부딪치면 가시광선이 된다. 이 가시광선은 전면 유리를 통해서 우리의 눈으로 들어오게 되는 것이다.PDP 계조 표현 원리일반적으로 밝기의 단계를 그레이 레벨 혹은 계조라고 부르고 있다. CRT의 휘도는 전자 빔의 세기로서 조절할 수 있다. 그러나 PDP 디스플레이의 휘도는 방전전류의 세기로서 조절하지 않는다. 그 이유는 방전전류가 증가되면 휘도가 포화되어 방전전류와 휘도가 비례관계가 없기 때문이다. 그래서 전원 펄스 수를 제어하여 방전회수로서 휘도를 제어하고 있다(한 개 펄스 마다 1회 방전이 일어나므로 휘도는 펄스 수에 비례한다). 방전회수제어에 의한 휘도제어 방법에는 ADS(Address Display Separation) 방법이 주로 채택되고 있다. 이 방식은 그림 5와 같이 1 프레임(1초에 60장의 그림을 디스플레이 하므로 1프레임은 1/60이다. 따라서 1프레임의 시간은 16.67ms이다)을 8개의 서브필드로 나누고 각 서브 필드는 리셋, 어드레스, 서스테인 구간으로 다시 구분한다. 어드레스 구간은 영상 신호의 유무를 결정하고, 어드레스 구간에서 영상신호가 선택되었다면 서스테인 구간에서 그 영상신호의 정보에 해당하는 밝기를 표현하기 위한 유지방전을 발생시킨다. 이와 같이 어드레스 구간과 유지 방전 구간을 분리하여 구동하는 방식을 ADS 방식이라 한다. 8개의 서브 필드는 각각의 가중치를 부여하고 그 가중치에 해당하는 전원 펄스 수를 출력하도록 구성한다. 즉, 전원 펄스 수의 비를 0: 2: 4: 8: 16… 128로 정해두고 필요한 펄스 수를 선택 조합하도록 한 것이다. 예를 들면 목표 셀의 밝기가 22인 경우에는 2 + 4 + 16 개의 펄스를 선택하도록 하면 된다. 즉 어드레스 구간에서 서브 필드 2와 서브 필드 3과 서브 필드 5를 선택하고 그 서브 필드에서 유지 방전을 일으키면 1 프레임 동안 방전하는 펄스 수는 총 22개가 되어 22계조 레벨의 밝기를 나타낸다.에너지 회복을 통한 저소비 전력기술PDP는 용량성 패널 부하를 가지며, AC PDP 구동 시 패널 커패시턴스의 충방전 동안에 큰 에너지가 손실로 나타난다. 이 손실을 인덕터를 채용하여 에너지 손실을 줄일 수 있는 전력 회수 기술이 웨버에 의해 제안되었으며 그림 6에 회로와 전압, 전류 파형이 보여지고 있다. S1 (S2, S3, S4는 열림)이 닫혀지면 Vss의 2배 전압이 PDP의 용량 C에 인가된다.전압 Vp의 피크에서 S1과 S3를 닫으면 (S2, S4는 열림) Vp는 Vcc로 방전유지 펄스 시간 동안 유지가 되며, 펄스 전압이 0이 되는 순간 S2를 닫고 S1, S3, S4를 열면 C에 축적된 전하가 C를 통과하여 Css를 충전하게 되고, Vp가 0이 되는 순간 S4를 닫으면 (S2 닫힘, S1, S3는 열림) 전압이 0으로 유지되게 된다. 이와 같은 방법으로 패널의 커패시턴스에 흐르는 변위 전류는 외부 파워 서플라이에서 공급하지 않는다. 패널의 커패시터에 충전된 변위 전류를 에너지 회복 커패시터에 회수한 후 다음 펄스 인가 때 패널 커패시터의 전압을 방전 전압까지 올려 주는 변위 전류로 다시 공급하게 되는 것이다. 즉, 외부 파워 서플라이에서 공급하는 전류는 실제 방전에만 기인하는 전류만 공급하게 되는 것이다. 이 기술을 사용하여 패널의 커패시터에 흐르는 무효 전력을 최소화 하여 PDP 소비 전력을 30%정도 낮추고 있다.4. PDP 최신 기술 동향현재 PDP기술 개발에 있어 가장 중요한 과제는 고효율화, 고화질화 및 저가격화이다. 고효율을 달성하기 위해서는 PDP 방전 메커니즘의 정확한 이해를 통한 고효율 방전모드 개발, 방전 셀의 최적화, 형광체 면적 최적화 및 고효율 형광체 개발, 새로운 구동방식의 개발 등이 필요하다. 기존의 패널 구조는 스트리프 타입이었으나 고효율을 달성하기 위해 와플 구조 또는 헥사곤 구조를 연구하고 있다. 또한, 고효율 방전을 위한 서스테인 파형의 연구도 진행되고 있다. 일반적으로는 스캔 전극과 공통전극에 180V의 펄스를 번갈아 인가하고 있다. 새롭게 연구되는 파형으로는 하프 서스테인 방식으로 스캔 전극(Y전극)에 90V를 인가하고 이와 동시에 공통전극(X전극)에 -90V를 인가하는 방식으로 결국은 Y-X전극 사이에 인가되는 갭 전압은 기존 방식과 같이 180V가 되어 방전을 일으키는 방식이다. 이와 같이 하면 Y전극과 X전극에 인가되는 전압은 90V이기 때문에 기존 방식의 180V보다 낮아 전체적인 시스템 효율이 증가하고 방전이 안정하게 발생하여 고효율화가 가능하다. 또한 최근 고효율화를 위해 롱 갭 구조 및 높은 크세논 가스에 의한 방전 효율을 높이는 연구가 활발하게 진행되고 있다. PDP와 같이 플라즈마 방전을 통해 빛을 내보내는 형광등의 효율은 80lm/W로 PDP 보다 40배나 높다. 형광등은 방전이 일어나는 전극과 전극 사이가 아주 멀기 때문에 PDP와는 다른 방전 메커니즘을 따른다. 그래서 최근 PDP의 전극과 전극 사이를 멀게 하여 방전 효율을 높이려는 롱 갭 구조의 연구가 진행되고 있다. 이 밖에도 보조전극을 추가하여 방전 효율을 높이는 방법과 크세논을 20% 이상 혼합하여 방전 효율을 높이는 방법도 연구 중이다.고화질화는 고속 구동기술 개발에 의한 FHD(Full High Definition) 구현과, 이미지 고착 방지기술 및 하이 콘트라스트 기술을 연구하고 있다. 향후 대세가 될 FHD는 현재 60인치 개발이 완료되어 있고, 50인치 개발이 진행되고 있다. PDP는 LCD와 달리 대형화에 유리한 디스플레이 장치이다. 그래서 FHD PDP 개발은 60인치에서 먼저 완성되고 현재 50인치 개발을 하고 있다. FHD의 화소 수는 가로가 1920개, 세로가 1080개이므로 200만개의 화소를 가지며, 셀의 수는 1920×(R, G, B)×1080이므로 600만개에 달한다. 정해진 FHD의 화소를 패널에 만들어야 하므로 패널의 크기가 작아질수록 셀의 크기 또한 작아진다. 셀의 크기가 작을수록 플라즈마 방전의 안정성을 확보하기에는 어려움이 따른다. 그래서 LCD는 대형 FHD 개발이 어려운 반면, PDP는 소형의 FHD PDP를 만드는 것이 어렵다. PDP의 경우 빛이 있는 곳에서의 반사율이 LCD에 비해 높아 콘트라스트가 떨어지기 때문에 이를 개선하기 위해 패널 배경광을 줄이는 방법, 셀의 발광 효율을 높이는 방법, 주변 반사광을 줄이는 방법들이 연구되고 있다. PDP의 경우 어두운 곳에서는 LCD 보다 콘트라스트 비율이 높지만, 밝은 곳에서는 패널의 반사율이 높아 오히려 LCD 보다 콘트라스트 비율이 낮다. 그래서 격벽의 색을 회색 계열로 하거나, 외부에 들어오는 빛의 반사율을 낮추고 빛의 혼색을 방지하는 역할을 하는 BM(Black Matrix)의 폭을 넓혀 반사광을 더욱 줄이는 방법도 검토 중이다. 또한 새로운 리셋 파형에 대한 연구가 가장 활발하게 연구 중인데 영상 신호와 상관없이 셀 공간에 존재하는 플라즈마 이온들의 초기화를 위해 발생하는 리셋 방전을 최소화하여 영상신호와 상관없이 발생하는 불필요한 빛을 줄이면 배경광이 낮아지기 때문에 콘트라스트 비율이 높아지게 된다.저가격화를 위해서는 전체 가격의 상당한 부분을 차지하고 있는 스캔 및 데이터 구동 IC의 가격을 낮추는 기술이 연구 되고 있다. 특히 LG전자에서는 기존의 듀얼 스캔 방식에서 데이터 IC의 수를 절반으로 줄인 싱글 스캔 기술을 42인치에 이어 50인치 및 60인치급 TV에 적용하고 있다. 그림 8과 같이 듀얼 스캔 방식은 데이터 IC가 상, 하 두 곳에 배치되어 있다. 이는 16.67ms 내에 많은 서브 필드를 구동하기 위해서 패널의 상하를 분리하여 어드레스 함으로써 구동 시간을 확보하기 위함이다. 그러나 고속 구동 기술과 고화질 알고리즘을 개발함으로써 데이터 IC가 하부에만 존재하는 싱글 스캔 PDP를 개발하여 데이터 IC의 수를 50%나 줄이게 되었다.5. PDP 화질 관련 이슈 사항명암비(Contrast)명암비란 블랙 휘도(가장 어두운 부분) 대비 피크 휘도(가장 밝은 부분)의 비율을 말하며, 화질을 결정하는 매우 중요한 인자 중의 하나이다. 명암비가 높은 화질을 제공하는 디스플레이는 심도있는 영상을 제공할 수 있으며, 색의 표현력이 우수해진다. 작년부터 10000 : 1 이상의 명암비를 제공하는 제품들이 판매되고 있으며, 특히 LG전자는 작년에 열린 FPD 2007에서 명암비 30000 : 1 제품을 선보이기도 했다.계조 표현력화질의 중요성이 커지면서 컬러 영상 처리에 대한 각 사의 관심이 높아졌으며, PDP에서도 계조 표현력이 중요한 이슈로 대두되었다. 특히 일본 회사들이 앞 다투어 계조 표현력을 마케팅 포인트로 선전하고 있으며, LG와 삼성 역시 동향을 따르고 있다. 일본의 마쯔시타(파나소닉)는 어두운 부분과 밝은 부분의 계조 처리를 다르게 한다는 알고리즘을 기반으로 36억 이상의 계조 표현이 가능하다고 발표(2004. 6)하였으며, 파이오니어 역시 수퍼 클리어 구동을 사용하여 50억 이상의 계조 표현이 가능하다고 하였다. 그러나 표현할 수 있는 계조의 숫자와 우리가 일상에서 보는 계조의 숫자와는 차이가 있기 때문에 실제로 느끼는 화면은 수치와 다르다고 할 수 있다.잔상(Image Sticking)PDP의 경우 이미지가 움직이지 않고 정지하여 있는 영상을 오랫동안 반복하여 보여주게 되면 잔상(Image Sticking) 현상이 발생한다. 장면이 바뀌었는데도 불구하고 앞의 장면의 잔상이 눌러 붙는 현상(Image sticking)이 생기기 때문에 고정적인 화면을 주로 디스플레이할 경우 화질의 열화를 가져올 수 있다. 이와 같은 문제를 잔상(Image Sticking)이라고 정의하고 원인 규명 및 해결 방안을 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 그림 10은 왼쪽 영상을 오랜 시간 동안 디스플레이한 후 다른 화면으로 옮겼을 때 생기는 잔상화면의 예를 나타낸 것이다.의사윤곽(False Contour)의사윤곽이란 PDP에서 나타나는 동영상의 화질 열화로써, 눈의 잔상 효과 때문에 움직이는 화면이나 정지화면에서 사람 눈이 움직일 때 현재 표시되는 서브필드와 이전 서브필드가 겹쳐 보여 휘도가 왜곡돼 보이는 현상을 말한다. 그림 11을 보게 되면 화면이 이동할 때, 사람의 눈은 화면과 동일하게 이동하지 않으므로, 화살표 방향의 시선의 영상을 보게 된다. 그때, 계조의 변화가 일정하지 않고 중간에 주변보다 밝거나 반대로 주변보다 어두운 색 띠를 보게 된다. 이런 현상은 주로 사람의 피부나, 부드럽게 계조가 증가하거나 감소하는 부분이 움직임을 가지고 있을 때 생기게 된다.현재 의사윤곽을 해결하기 위한 많은 알고리즘이 각 회사마다 개발되고 있으며, 상당 수준 해결되어 가고 있다. 그림 12는 의사윤곽의 영상의 예시를 나타낸 그림이다. 왼쪽 그림은 영상이며, 오른쪽 그림은 왼쪽의 영상을 PDP상에서 움직였을 때 생기는 영상이다. 인물의 얼굴 부분에 노이즈와 같은 색띠가 생겼음을 알 수 있다.6. PDP TV와 LCD TV의 화질 비교PDP와 LCD의 공통점은 TV의 대형화가 가능하다는 점이다. 그 어떤 방식의 TV가 있다고 해도 제일 화질이 좋은 방식은 우리가 브라운관이라고 하는 일반 TV라고 할 수 있다. 이것을 CRT라고 하는데 이 CRT의 최대 문제점은 대형화 하기 힘들다는 것이다. 크게 만들 수는 있더라도 가격이 너무 올라가고 두께를 줄일 수 없으며 무게가 너무 무거워진다는 단점이 있다. 그래서 대형화 할 수 있는 다른 방식을 찾은 것이 PDP와 LCD이다. 초창기에는 PDP가 먼저 출발했으나 대형화에 한계가 있다는 LCD를 우리나라의 삼성전자, LG전자를 비롯한 세계적 가전 업체에서 5세대 LCD를 개발하면서부터 대형화가 가능하다는 생각이 들기 시작했고, 결국 지금의 7세대 LCD가 대형화에 성공하게 되었다. 이렇게 LCD가 PDP보다 대형시장에는 더 늦게 출시되었기 때문에 PDP는 구형이고 LCD가 신형이라고 생각 될 수도 있다. 현재는 LCD의 판매량이 PDP를 추월하였고, 처음 보는 사람들은 LCD의 선명함 때문에 LCD를 선택하는 사람이 늘고 있는 추세이다. 그럼 여기서 PDP와 LCD의 각각의 장단점을 살펴보도록 하겠다.각 방식의 장단점A. LCD화면이 아주 밝고 가벼워서 벽걸이 TV로 좋으며, 특별히 실제보다 더 선명한 색감을 준다. 다른 디스플레이 소자와 달리 자발광 소자가 아닌 백라이트를 사용하기 때문에 밝기가 아주 밝아서 보기에는 아주 선명해 보인다. 매장에 가서 PDP와 LCD를 직접 비교해 보면 LCD의 선명도가 아주 높게 보이는 이유는 이 때문이라고 할 수 있다. 때문에 LCD에 비해 PDP는 마치 화질이 좋지 않은 것처럼 보이기도 한다. 하지만 이 선명도가 때로는 약점이 될 수도 있다. 실제보다 더 밝게 표현되는 것 자체가 화질을 왜곡하는 것으로 밝은 회색이 흰색으로, 어두운 회색이 검정색으로 보이는 경향이 있을 수 있다. 또한 LCD는 응답속도가 느린 편이라 움직임이 많은 영상을 볼 때, 화면잔상이 있을 수 있다는 단점이 있다.B. PDPLCD에 비해 무게가 다소 나가고 전력 소모가 많다고 하지만 위에서 말한 LCD의 단점을 그대로 충족해 주는 방식이라고 할 수 있다. 또 같은 화면 면적을 비교할 경우 아직은 LCD에 비해서 PDP가 더 저렴하다는 장점도 있다. 작년까지만 해도 일반가정에서 구입할 수 있는 크기는 LCD는 40인치가 최대인 반면 PDP는 50인치까지도 구매가 가능했다. 대형 화면 중 가장 CRT에 가까운 화질을 자랑하며 시야각도 넓고 화면 밝기도 밝은 편이지만 전력소모가 많고, LCD와 직접 비교한다면 LCD가 화질이 더 좋아 보인다는 것은 PDP의 최대 약점이라고 생각된다.화면 밝기와 명암비화질에 큰 영향을 주는 요소로 화면밝기와 명암비를 들 수 있다. LCD는 백라이트를 사용하여 항상 빛을 비춰주므로 자발광 소자인 PDP에 비해 밝기가 높다. 그러므로 일반 매장에서 PDP와 LCD를 보면 LCD가 화질이 더 선명해 보인다. 그러나 일반 매장의 주변 밝기는 2000lux 정도로, 일반 가정집 200lux보다 훨씬 더 밝게 되어있으므로, LCD가 PDP보다 훨씬 더 밝고 선명하게 보인다. 그러나 일반 가정에서 본다면, LCD의 밝기가 부담이 될 수도 있다. 명암비는 최근 PDP와 LCD 모두 10000 : 1을 넘어가고 있다. LCD의 경우 백라이트가 항상 켜져 있기 때문에 PDP보다 어두운 영역을 표현하기가 어렵다. 대신 밝은 영역은 PDP보다 더 밝게 표현이 가능하다. 간혹 영화를 보면 LCD에서 표현이 되지 않는 어두운 부분이 PDP에서는 표현이 될 때가 있다. LCD는 선명도가 높기 때문에 쇼 프로그램이나 뉴스 등을 시청하기 좋으며, PDP는 명암비와 색재현력이 좋기 때문에 영화나 드라마를 시청하기 좋다고 할 수 있다. 그림 13은 일반 매장에서 찍은 PDP와 LCD의 화면 사진이다. 전체적으로 LCD가 PDP보다 밝은 것을 알 수 있으며, PDP는 LCD보다 어두운 부분의 표현이 우수한 것을 확인 할 수 있다.PDP의 경우에는 LCD와는 달리 움직임 영상에서 의사윤곽이라는 화질의 결점이 나타난다. 주로 사람이나 물체가 움직일 때 모서리 부분에서 색띠 같은 현상으로 나타나는데 PDP 역시 의사윤곽 저감 알고리즘을 개발하여 현재는 많은 부분이 개선되었다. 또 위에서 언급했던 것과 같이 화면 잔상이라고 하는 문제가 있어 현재 PDP는 고정된 화면을 계속 보여주게 되면 화면 잔상이 남게 된다. 이 문제 역시 현재 해결 기술이 개발되고 있는 실정이다.최근 신문 보도 내용 요약PDP와 LCD의 경쟁이 치열한 가운데 각종 매체에서는 PDP와 LCD를 비교하는 기사가 많이 나오고 있으며, 그 중 최근 몇 개를 소개하도록 하겠다. 아래 내용은 유럽에서 PDP와 LCD의 블라인드 테스트를 실시한 결과이며, 대부분 사람들이 PDP가 LCD보다 화질이 좋다고 응답했다. “평판 TV 시장에서 LCDㆍPDP간 화질 경쟁이 가열되고 있는 가운데 화질에서 PDP TV가 크게 앞선 조사결과가 나와 주목된다. 18일 업계에 따르면 독일의 시장조사기관 시노베이트가 최근 중국과 일본, 영국, 독일, 프랑스 등 5개 국가에서 소비자들을 대상으로 블라인드 테스트(제품정보를 밝히지 않은 채 화면정보만 제공) 방식으로 LCDㆍPDP TV 간 화질을 비교한 결과, 조사대상의 70~80%가 PDP TV의 화질에 더 높은 점수를 준 것으로 나타났다. 중국에서는 181명을 대상으로 조사를 한 결과, 테스트 이전에는 50%의 응답자가 LCD를 선호했으나, 테스트 이후에는 참가자 중 88%가 PDP TV에 높은 점수를 줬다. 또 일본(192명)에서는 최초 PDP 선호 비중이 59%에서 테스트 후 80%로 높아졌고, 영국에서는 49%에서 70%로, 독일에서는 48%에서 80%로, 프랑스에서는 68%에서 69%로 상승했다. 블라인드 테스트 전에 LCD TV를 선호하던 소비자들이 테스트 후에는 대거 PDP TV로 선회한 것이다.” 중략 출처 : 시노베이트(독일 시장 조사 기관)또 움직임 영상 시, LCD의 해상도가 PDP보다 떨어진다는 실험 결과가 나와서 주목을 받았으며, 아래는 삼성SDI에서 IFA2006에 발표한 내용이다. “고화질(HD)급 PDP TV가 풀HD급 LCD TV보다 해상력이 최대 4배나 높다는 주장이 제기돼 평판TV를 둘러싼 LCD와 PDP 업계의 주도권 싸움이 한층 가열될 것으로 보인다. 삼성SDI는 1~6일 독일 베를린에서 열린 유럽 최대 디스플레이·가전 박람회인 ‘IFA 2006’에서 해외 주요 거래선을 초청한 가운데 이같은 동화상 해상도 비교 측정 실험을 즉석에서 시연했다고 밝혔다. 실험 결과 이동하는 화면에서는 LCD는 응답속도 때문에 해상도가 1/4이상 작게 보인다고 말했다.”이처럼 신문 기사와 같이 정지하고 있는 장면을 표현할 때는 LCD가 해상도가 더 높게 측정되었으나, 화면이 움직임을 가질 때에는 속도에 따라서 LCD의 해상도가 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다. 반면 PDP는 해상도의 변화가 거의 없었다. 그러므로 동영상에서는 같은 해상도라도 사람이 실제로 보게 되는 해상도는 PDP가 더 우세하다고 할 수 있다.PDP TV 향후 전망디지털 방송의 보급과 함께 TV 시장에는 대형화 바람이 불고 있다. 미국, 일본, 유럽 등 선진국을 중심으로 확산되고 있는 디지털 방송은 화질 면에서 아날로그 방송보다 4배 이상 선명한데, 이러한 화질을 제대로 감상하기 위해서는 대형 TV가 필요하기 때문이다. 스탠포드 리소스, TSR, 디스플레이 서치 등 시장조사기관들의 실적치를 종합해 보면, 40인치 이상의 대형 TV는 연평균 40% 이상 증가한 것으로 집계된다. 전체 TV 시장의 성장률이 같은 기간 동안 연평균 5%인 점을 감안한다면 매우 높은 증가세라고 할 수 있다. 국내의 경우에도 지상파 및 위성 방송을 중심으로 디지털 방송이 보급되면서 대형 TV의 수요가 점차 확대되고 있다. 특히 2002년 월드컵 특수를 기점으로 대형 TV 판매가 대폭 증가했는데, 2002년 상반기 대형 프로젝션 TV 내수는 대수 기준으로 전년 동기 대비 300% 이상 증가한 15만대 수준에 달했다. 디지털 방송으로 중계되는 월드컵 축구를 보다 생생하게 즐기려는 소비자들의 요구가 강하게 작용한 것으로 풀이된다. TV의 대형화는 향후 아날로그 방송 종영과 디지털 방송의 전면적 보급으로 더욱 진전될 전망이다. 미국은 2006년에, 유럽과 일본은 2010년에 각각 아날로그 방송을 중단할 계획이다. 인포메이션 미디어 그룹은 2010년까지 디지털 방송 수신 가구 수가 4억 가구에 이를 것으로 전망했다. 공급 측면에서는 대형 TV 시장을 노린 기존 가전기업과 IT기업 간의 치열한 경쟁으로 대형 TV 가격이 하락하면서, 높은 가격에 의한 구매 장벽을 완화시킬 것으로 보인다. 온라인 판매 등의 직접 유통을 통한 IT기업의 저가 정책이 가전기업들에게 커다란 가격 인하 압력으로 작용할 것이기 때문이다. 주요 시장기관들의 전망치를 종합해보면, 전체 TV 시장에서 차지하는 대형 TV의 비중은 디지털 방송의 보급 확대와 세트 가격 하락으로 인해 2003년 4%에서 2006년 8%로 2배 이상 증가할 것으로 예상된다.참고문헌>>1. 고려대학교 디스플레이 및 나노시스템 연구실(http://diana.korea.ac.kr)2. Kawahara, 'Excellent Moving Picture Resolution of PDP, Proved by the New Measurement System Developed by the APDC',2007 IMID3. Matsushita Homepage, http://www.panasonic.co.jp/4. Pioneer Homepage, http://pioneer.jp/5. LG전자 홈페이지, http://www.lge.co.kr/6. 삼성 SDI 홈페이지, http://www.samsungsdi.co.kr/7. 삼성 전자 홈페이지, http://www.sec.co.kr/8. Image Quality Evaluation and Analysis of LCD and PDP, K. Hirai, T. Nakaguchi, N. Tsumura, Y. Miyake (Chiba Univ., Japan),2006 IDW9. World Largest 103-in. 1080p PDP,R. Murai, K. Ueda, S. Masuda, K. Ogawa, H. Yasui, S. Ikeda (Matushita Elec. Ind., Japan ),2006 IDW10. 삼성 SDI PDP 홈페이지, http://www.samsungpdp.co.kr/

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김의겸 (webmaster@techworld.co.kr)

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