표 1.8 각종 컴퓨터에 적용되는 모니터의 해상도 
1.5.1 Display area/Resolution 

  해상도는 화상을 표현하는데 있어서 얼마나 세밀한 부분까지 표시할 수 있느냐 하는 척도를 나타낸다. 현재 사용되고 있는 해상도의 종류는 매우 많은데, 표 1.8에는 일반적으로 사용되는 해상도를 나타내며, 표 1.9은 각 해상도에 따른 dot pitch와 DPI(dot per inch)를 나타낸다. CRT에서는 여러 가지 다른 해상도를 하나의 모니터에 표시할 수 있는 반면, LCD에서는 하나의 LCD 패널에는 기본적으로 하나의 해상도밖에 표시할 수 없다. 이는 LCD의 화소의 수가 패널의 설계에 따라 한가지로 정해지기 때문인데, 최근 들어서는 일부 LCD 모니터 등의 용도로 상용하기 위해서 multisync라는 기술을 이용하여 이러한 문제를 해결하고 있다. 표시하려는 화상의 해상도가 패널의 해상도 보다 낮은 경우에는 신호처리를 통해서 화면에 가득 차도록 표시하는 것이 가능하다. 그러나 표시하려는 화상의 해상도가 패널의 해상도보다 큰 경우에는 표시가 불가능하다.
표 1.9 각 해상도에 따른 dot pitch와 DPI(dot per inch) 


1.5.2 Brightness/Contrast ratio 

  Contrast ratio(C/R)는 화면상에서 상이 얼마나 뚜렸하게 보이는지를 가름하는 척도로서 휘도의 차이가 클수록 잘 보인다. C/R는 패널의 중앙에서 white 상태의 휘도값을 black 상태의 휘도값으로 나눈 값으로 정의한다. 

C / R = Luminance with all pixels white  /  Luminance with all pixels black

Black 상태에서의 휘도는 white 상태에서의 휘도보다 작은 값을 가지기 때문에 위의 식에서 C/R 값은 주로 black 상태의 휘도에 영향을 많이 받는다는 것을 알 수 있다. Brightness는 backlight의 세기에 관계되며 노트북용 TFT-LCD는 표면 밝기가 70 cd/m2이고 TV용에서는 200 cd/m2 정도이다. 


1.5.3 계조 (Gray scale) 

  White와 black외에 다른 상태가 존재하는 표시 방식으로서, 계조표시(gray scale)에서는 white와 black 상태 사이에 몇 개의 중간상태가 더 존재한다. 완전 컬러 (full color) TFT-LCD에서는 8 비트의 해상도 (256 gray scales)를 필요로 한다. Gray scale의 형성은 그림 1.13에서 보는 바와 같이 비선형적인 T-V (transmittance-voltage) 특성을 고려하여 만들어 진다. 전압의 중간값을 얻기 위해서는 액정에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 방법과 전압 펄스폭을 조절하는 방법이 있다. 드라이버를 통하여 생성된 신호는 원하는 투과도를 나타낼 수 있게 하여, gray scale을 만든다. 



그림 1.13 Transmittance-voltage 특성곡선과 드라이버에 의한 voltage level의 한 예 (8 gray levels) 


1.5.4 컬러 (Color) 

  지금까지 다양한 종류의 컬러 형성방법이 제시되어 왔다. 초기에는 네마틱 액정의 복굴절 효과나 콜레스테릭 액정의 선택 반사와 같은 액정 자신이 가지는 광학적 성질을 이용하는 방법이나, 게스트-호스트 효과와 같이 액정 이외 재료의 광학적 성질을 액정에 이용하여 제어하는 방법이 주류였다. 그러나 현재에는 3원색의 컬러 필터를 하나 하나의 화소의 전극상에 형성하고 LCD가 입사되는 빛의 강도를 제어하는 라이트 벨브의 역할을 하게 하여, 3원색에 해당하는 세개의 필터를 투과한 색광을 혼합함으로써 다색표시나 자연색의 표시를 가능하게 하는 방식이 주류를 이루고 있다. TN 액정을 사용하는 TFT-LCD의 구성에서, 액정은 두 개의 유리기판 (TFT 기판과 컬러필터 기판) 사이에 봉입된다. 컬러필터기판은 공통전극기판이라고도 불리우는데, 투과성의 공통전극기판은 ITO (Indium Tin Oxide)로 만들어지고, 컬러필터의 위에 증착된다. TN 액정을 사용하기 위해서 두 유리기판의 간격은 약 5 μm 정도를 유지한다. 

  TFT-LCD에서 각 화소는 그림 1.14에서 보는 바와 같이, R, G, B (red, green, blue) 3색의 도트 (dot)로 이루어진다. 



그림 1.14 TFT-LCD의 컬러 도트의 배열이다. Striped 형태는 대체로 컴퓨터 모니터에 이용이 되고, triad나 quad 형태는 TV 화면에 이용된다.

  그림 1.14의 triad와 quad 형태의 배열은 대체로 TV 화면 제작에 이용이 되는데, quad 형태의 배열에서 한 녹색 도트는 흰 도트로 대치된다. Striped 형태는 대체로 컴퓨터 모니터에 이용된다. 디지털 신호는 각 도트에 주어지게 되고, 컬러 채널당 n 비트 (bits)의 표시 가능한 컬러의 수는 (2n)3으로 주어진다. 예를 들어 n=2 이면 64색의 표시할 수 있고, n=4 이면 4,096색을 표시하며, 24 비트의 컬러 그래픽은 16,777,216 (=(28)3) 색을 표시할 수 있다. 


1.5.5 시야각 (Viewing angle) 

  액정은 광학적으로 상광선(ordinary) 굴절률 (no), 이상광선 (extra-ordinary) 굴절률 (ne)의 두 종류의 굴절율을 갖는 이방성 물질이므로 LCD는 시야각에 따라서 색과 C/R의 값이 달라지는데 일반적으로 시야각은 보는 눈의 방향에 따라서 결정되는 각도를 말한다. 

  측정은 눈과 화면이 정면이 될 때의 각도를 0。로 정하여 패널을 상하-60。∼60。, 좌우 -60。∼60。로 회전시키며서 각 계조(gray level)에서 2∼5。간격으로 측정한다. 시야각에 따른 휘도곡선을 그리면 gray scale inversion이 발생하는 각을 알 수 있다. 시야각은 C/R의 값이 10:1 이상일 때의 범위로 정한다. 일반적으로 LCD의 화질을 결정하는 것은 시야각뿐만 아니라 gray scale이 inversion되는 각도도 포함되어야 한다. 



1.5.6 속도 (Speed) 

  LCD의 speed는 액정의 응답시간에 절대적으로 의존한다. 액정은 고분자 물질로서 전기장의 변화에 빠르게 응답하지 못하고 어느 정도의 시간을 두고 액정분자의 배열이 변화된다. 또한 점성, 탄성력등이 응답시간과 밀접한 관계를 가지게 된다. 응답시간의 지연은 화면에 잔상을 남기어 동화상을 구현할 경우 화질이 저하된다. 

  액정의 시간지연에 따른 배열분포의 변화는 LCD 화면에서 밝기의 차이로 나타나는데, 이 밝기의 변화를 측정하면 응답시간을 알 수 있다. 백바탕 모우드 (normally white mode)에서 전압이 인가되지 않았을 때의 밝기를 1이라고 하고, 전압이 인가 되었을 때의 밝기를 0이라고 가정할 경우에 rising time은 액정에 전압이 인가되어 전기장과 같은 방향으로 액정의 장축이 배열하여 준안정 상태에 이르는 시간으로 최대의 휘도를 100%으로 최적화할 경우 휘도가 90%에서 10%로 변하는데 걸리는 시간이고, falling time은 전기장이 사라져 원래의 안정된 상태로 돌아오는데 걸리는 시간이다. 응답시간에 영향을 주는 요인들에는 여러 가지가 있는데, 액정의 회전점성도, 액정셀의 두께, 동작온도, 동작전압, 액정의 pitch, 꼬임각과 탄성상수 등이다. 

1.5.7 수명 (Lifetime) 

  TFT-LCD는 액정, 컬러 필터, 편광판, TFT, backlight 등이 결합된 복잡한 구조를 가지고 있다. 그러나 backlight를 제외한 다른 부품들의 수명은 반영구적이라고 할 수 있으므로, TFT-LCD의 수명에 가장 큰 영향을 주는 것은 backlight이다. 표 1.10은 CCFT와 HCFT의 수명과 특징을 비교한 표이다. 


표 1.10 CCFT와 HCFT의 수명과 특징