LCD에 잔상 현상이 나타나는 이유(2015, 고3, 4월A)

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액정 디스플레이(LCD) TV로 축구 경기를 보면 축구공이 끌려서 보이는 경우가 있는데, 이는 잔상 현상 때문에 발생하는 것이다. 잔상이란 직전 화면과 새로운 화면이 겹쳐 영상이 흐려지는 현상이다. 이러한 잔상 현상이 왜 나타날까?

화면은 수많은 점들로 구성되는데, 이를 화소라 한다. LCD는 각 화소마다 액정 셀이 있다. 액정 셀은 빛을 투과시키거나 차단하면서 화소 간에 밝기 차이로 영상을 ㉠구현하는 장치이다. 액정 셀 안에는 액정 층이 있고, 여기에 액정 분자들이 배열되어 있다. 이 액정 분자들의 배열 방향을 일정하게 해 주는 것이 배향막이다. 배향막 하나는 가로 방향, 하나는 세로 방향으로 고정시키면 액정 분자는 연속체인 특징이 있어 <그림 1>과 같이 90° 비틀린 상태로 배열된다. 이 상태에서 전압을 가하면 액정 분자는 양전하(+), 음전하(-)를 띠는 대전체가 되어 <그림 2>와 같이 전기장 방향으로 일정하게 배열된다. LCD는 이러한 액정 분자의 특성을 이용하여 영상을 구현하는 것이다. 이 방식을 노멀 화이트 모드(Normal White Mode)라 한다. 

또한 LCD에는 특정한 진동 방향의 빛만을 통과시키는 편광판이 있다. 수직 편광판은 수직 방향으로 진동하는 빛만, 수평 편광판은 수평 방향으로 진동하는 빛만을 통과시킨다. <그림 1>을 볼 때, 빛은 수직 편광판을 통과하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 90° 회전하면서 수평 편광판을 통과한다. <그림 2>를 볼 때 빛은 수직 편광판을 통과하나 액정 분자들의 배열 방향이 빛의 진동 방향에 영향을 주지 못해 수평 편광판을 통과하지 못한다.

이러한 방식으로 LCD는 빛의 투과율을 ㉡조절하여 화소들의 밝기 단계를 조절한다. 화소의 밝기 단계를 0에서 255 사이의 화솟값으로 나타내는데, 0은 가장 어두운 밝기를, 255는 가장 밝은 밝기를 나타낸다. 화면을 전환하기 위해서는 화소들의 화솟값을 바꿔 주어야 한다. 그런데 화솟값이 전환되는 속도는 화솟값의 차이와 전압의 세기에 영향을 받아 달라진다. 이것을 응답 속도라 한다. 다시 말해 응답 속도란 액정 분자가 배열 상태를 바꾸는 속도를 말한다. 이때 변화시키려는 화솟값의 차이가 크면 응답 속도는 빠르고, 화솟값의 차이가 작으면 응답 속도는 느리다. 또한 목표 밝기에 ㉢도달하기 위해 액정 분자에 걸어주는 전압의 크기가 크면 응답 속도가 빠르고, 전압의 크기가 작으면 응답 속도는 느리다. 가령 0에서 255로 변화될 때의 응답 속도보다 90에서 150으로 변화될 때의 응답 속도가 더 느리다. 또한 목표 밝기의 화솟값이 90이라면 그것에 도달하기 위한 전압보다 센 전압을 걸어줄 때 응답 속도가 빨라진다.

그런데 일반적으로 잔상이 발생하는 경우는 목표 밝기에 해당하는 전압의 세기만 걸어주게 되었을 때 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위한 기술 중 하나가 오버드라이빙이다. 오버드라이빙은 목표 밝기에 해당하는 전압보다 높은 전압을 순간적으로 걸어주어 액정 분자의 응답 속도를 ㉣개선하는 것이다. 가령 화솟값 50에서 목표 밝기 90으로 변화시키려 할 때 90에 해당하는 전압보다 초과 전압을 걸어주어야 응답 속도가 더 빨라져서 잔상이 개선된다. 그런데 잔상 현상을 개선하기 위해 걸어준 높은 전압을 ㉤지속시키면 역잔상*이 발생하므로 해당 전압에 해당하는 수준으로 낮춰 줘야 한다. 

*역잔상: 목표 밝기에 해당하는 전압보다 초과 전압을 걸어주었을 때 나타나는 잔상 현상.

― (출전) 신경철 외, 「디스플레이 개론」