디스플레이 개론
개념을 연결하는 정리 노트
기술의 원리부터 빛과 색, 화질, OLED까지.
주차별 개념을 살펴보고, 공식과 비교표로 한 번 더 정리하세요.
W5 휴강 · W7은 변경된 강의계획에 따라 OLED 광추출·봉지·보상을 다룹니다.
표준 영어 용어와 필요한 한글 설명을 함께 표기했습니다. 약어의 전체 이름은 약어표에서 확인하세요.
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Overview · Lifestyle Changes
Display Types & Driving Principles
필수 EWD (Electrowetting Display) — Electrowetting
전압으로 Surface Tension(표면장력) / Contact Angle(접촉각)을 바꿔 물과 착색 오일의 위치를 제어한다.
- Hydrophilic: contact angle < 90°
- Hydrophobic: contact angle > 90°
- 전압 인가 → 물이 퍼지고 오일이 밀림 → 광학 상태 변화
필수 FED (Field Emission Display) — Field Emission
미세 팁에 강한 전기장을 걸어 전자를 방출하는 자발광 디스플레이. 핵심 메커니즘은 Fowler–Nordheim quantum tunneling.
- Cold cathode
- Self-emissive, 빠른 response, True Black 가능
- Vacuum packaging, tip damage, 신뢰성/양산성이 난점
필수 Mirasol / DMD (Digital Micromirror Device) / EPD (Electrophoretic Display)
Mirasol
MEMS + 간섭. Fabry–Pérot 계열 공진으로 구조색 구현. 반사형이라 저전력·야외 시인성 장점.DMD
수많은 Micromirror를 전기적으로 기울여 ON/OFF. 중간 계조는 PWM으로 시간 평균 밝기 구현.EPD
대전 입자를 전기장으로 이동. 정지 화면에서 전력 소모가 매우 작음. Driving waveform으로 ghost·입자 분산을 제어.Properties of Light & Color Space
필수 Reflection (반사) · Refraction (굴절) · Total Internal Reflection (전반사)
Refractive Index (굴절률): n = c/v
Snell: n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂
- AG (Anti-Glare, 눈부심 방지): 표면 산란으로 정반사를 퍼뜨림.
- AR (Anti-Reflection, 반사 방지): 박막의 상쇄간섭으로 반사를 줄임.
- TIR (Total Internal Reflection, 전반사): 높은 n → 낮은 n, 입사각이 임계각보다 크면 전반사.
필수 Diffraction (회절) · Interference (간섭) · Dispersion (분산)
Diffraction (회절)
Diffraction (회절): 좁은 틈/장애물에서 빛이 휘어 퍼짐. 틈이 파장과 비슷하거나 작을수록 강함.Interference (간섭)
Interference (간섭): 파동의 중첩. 같은 위상 → Constructive Interference(보강간섭), 반대 위상 → Destructive Interference(상쇄간섭).Dispersion (분산)
Dispersion (분산): 파장마다 굴절률이 달라 서로 다르게 꺾임. 프리즘의 무지개.필수 Polarization (편광) · Birefringence (복굴절)
Polarization (편광): 빛의 전기장 진동 방향이 규칙적으로 정돈된 상태. Linear / Circular / Elliptical.
Birefringence (복굴절): 비등방성 물질에서 편광 방향에 따라 굴절률이 달라지는 현상.
Retardation R = Δn · d
보조 Scattering (산란) · Absorption/Transmission (흡수/투과)
| 구분 | 조건 | 특징/예 |
|---|---|---|
| Rayleigh | 입자 ≪ λ | 짧은 파장 강한 산란 → 파란 하늘 |
| Mie | 입자 ≳ λ | 파장 의존성 작음 → 흰 구름 |
- 금속: 자유전자 → 반사/흡수 → 불투명
- 투명 유전체: 큰 bandgap → 가시광 흡수 적음 → 투과
- 안료: 특정 파장 선택 흡수 → 남은 파장이 색으로 인지
필수 Attributes of Color (색의 속성) · RGB/CMY Color Mixing
| 속성 | 의미 |
|---|---|
| Hue | 무슨 색인가 — 주파장 |
| Lightness/Value | 밝고 어두움 |
| Saturation/Chroma | Color Purity (색순도)·선명함 |
RGB (Red, Green, Blue) — Additive Color Mixing (가색혼합)
빛을 더함 · Display/Lighting · R+G+B = WhiteCMY (Cyan, Magenta, Yellow) — Subtractive Color Mixing (감색혼합)
특정 파장을 흡수해 빼는 방식 · Print · C+M+Y ≈ Black필수 CIE (Commission Internationale de l’Éclairage) 1931 XYZ / xyY / Color Gamut
색을 정량화하려면 Light + Object + Observer를 표준화해야 한다. Color Matching Experiment의 RGB 음수 자극치 문제를 피하기 위해 가상 원색 X,Y,Z를 정의.
y = Y/(X+Y+Z)
z = 1 − x − y
Color Gamut: CIE Chromaticity Diagram (색도도)에서 디스플레이 RGB 원색 세 점을 연결한 영역. 넓을수록 더 넓은 색 범위를 표현.
보조 Standard Observer · Color Temperature · CRI
CIE Standard Observer: 2° 시야에서 다수 정상 색각 관찰자의 Color Matching 결과를 평균해 인간 시각을 수학화한 기준.
Color Temperature / CCT: 흑체 온도에 따른 색좌표 궤적이 Planckian Locus. 실제 디스플레이 White와 가장 가까운 흑체 온도를 CCT로 표현.
CRI(Color Rendering Index): 기준 광원 대비 물체의 색을 얼마나 충실하게 보이게 하는지 나타내는 지표. 100에 가까울수록 색 재현이 자연스럽다.
Display Image Quality
필수 Human Vision System — Rod / Cone
| Rod | Cone | |
|---|---|---|
| 기능 | 명암/밝기, 움직임 | Color |
| 환경 | 낮은 Luminance | 높은 Luminance |
| 시각 | Scotopic | Photopic |
| 기타 | 주변부에 많음 | Fovea 중심, L/M/S |
필수 Aperture Ratio · Luminance · Brightness · Gamma
- Aperture Ratio: 픽셀 전체 면적 중 실제 발광/투과 유효 면적 비율.
- Luminance: 객관적 물리량, cd/m² = nit.
- Brightness: 사람이 느끼는 주관적 밝기, 공식 물리 단위 없음.
일반 γ ≈ 2~2.5, 대표 2.2
필수 Contrast / Contrast Ratio
Contrast: 영상 내부 밝고 어두운 부분의 상대적 차이. Contrast Ratio: 디스플레이 최대 White와 최소 Black의 Luminance (휘도) 비.
필수 Color Depth vs Color Gamut
Color Gamut
표현 가능한 color range (색역). 운동장 크기.Color Depth
색을 얼마나 세밀한 단계로 나누는가. 운동장 칸 수.| Bit depth | 채널당 단계 | 전체 RGB 색 수 |
|---|---|---|
| 8-bit | 256 | 16,777,216 ≈ 16.7M |
| 10-bit | 1024 | ≈ 1.07B |
| 12-bit | 4096 | ≈ 68.7B |
필수 Response Time · Refresh Rate · MPRT
| 개념 | 무엇을 측정? | 단위 |
|---|---|---|
| Response Time | 픽셀이 한 상태→다른 상태로 변하는 물리적 시간 (예: GtG) | ms |
| Refresh Rate | 1초에 화면을 몇 번 갱신 | Hz |
| MPRT | 사람 눈에 움직이는 영상이 얼마나 오래 남아 보이는지, Persistence/Motion Blur | ms |
60 Hz → 16.7 ms · 120 Hz → 8.3 ms
OLED Fundamentals & Device Structure
필수 OLED Structure & Emission Process
| 층 | 역할 |
|---|---|
| Anode | Hole 주입 |
| HIL | Hole Injection, 주입 장벽 감소 |
| HTL | Hole Transport |
| EML | Electron + Hole → Exciton → Light |
| ETL | Electron Transport |
| EIL | Electron Injection |
| Cathode | Electron 주입 |
필수 EML — Host + Dopant / Charge Balance
EML은 보통 Host + Dopant 구조. Host에서 Exciton이 형성되고 에너지가 Dopant로 전달되어 발광.
- Dopant → 실제 발광 특성/색 결정
- 농도 소광 감소, 효율·색순도·수명 향상
- Mixed Host → 전자·정공 이동 균형 개선 → 재결합 영역 확대
EBL (Electron Blocking Layer) / HBL (Hole Blocking Layer): Electron/Hole이 EML 밖으로 빠져나가는 것을 막아 confinement → 재결합 증가.
필수 Singlet / Triplet · Fluorescence (형광) / Phosphorescence (인광) / TADF
| Fluorescence | Phosphorescence | TADF | |
|---|---|---|---|
| 세대 | 1세대 | 2세대 | 3세대 |
| 핵심 | S→S | Triplet까지 활용 | 열로 T→S 회수 |
| IQE 이론한계 | 25% | 100% | 100% |
| 재료 | 유기 형광 | Ir/Pt 등 중금속 착물 | 중금속 없는 유기물 |
| 키워드 | Singlet only | SOC, ISC | RISC |
OLED Advanced — EQE · Outcoupling · Encapsulation (봉지) · Compensation (보상)
Acronyms & Full Names — 약어 정리
| 약어 | Full Name | 한글/의미 |
|---|---|---|
| CRT | Cathode Ray Tube | 음극선관 |
| FPD | Flat Panel Display | 평판 디스플레이 |
| OLED | Organic Light-Emitting Diode | 유기발광다이오드 |
| LCD | Liquid Crystal Display | 액정표시장치 |
| PDP | Plasma Display Panel | 플라즈마 디스플레이 패널 |
| EWD | Electrowetting Display | 전기습윤 디스플레이 |
| FED | Field Emission Display | 전계방출 디스플레이 |
| DMD | Digital Micromirror Device | 디지털 미세거울 소자 |
| EPD | Electrophoretic Display | 전기영동 디스플레이 |
| AG | Anti-Glare | 눈부심 방지 |
| AR | Anti-Reflection | 반사 방지 |
| TIR | Total Internal Reflection | 전반사 |
| CIE | Commission Internationale de l’Éclairage | 국제조명위원회 |
| RGB | Red, Green, Blue | 가색혼합 원색 |
| CMY | Cyan, Magenta, Yellow | 감색혼합 원색 |
| PPI | Pixels Per Inch | 인치당 픽셀 수 |
| PPD | Pixels Per Degree | 시야각 1도당 픽셀 수 |
| SDE | Screen Door Effect | 모기장 현상 |
| CM | Contrast Modulation | 명암 변조 |
| MTF | Modulation Transfer Function | 변조 전달 함수 |
| HDR | High Dynamic Range | 고명암비 영상 |
| SDR | Standard Dynamic Range | 표준 명암 범위 |
| PQ | Perceptual Quantizer | 지각 기반 HDR 전달함수 |
| HLG | Hybrid Log-Gamma | HDR 전달함수 방식 |
| MPRT | Motion Picture Response Time | 동영상 잔상 관련 응답시간 |
| ODC | Over Driving Circuit | 오버드라이브 회로 |
| MEMC | Motion Estimation, Motion Compensation (보상) | 동작 추정·보상 |
| GFI | Gray Frame Insertion | 회색 프레임 삽입 |
| BFI | Black Frame Insertion | 검은 프레임 삽입 |
| HIL | Hole Injection Layer | 정공주입층 |
| HTL | Hole Transport Layer | 정공수송층 |
| EML | Emission Layer | 발광층 |
| ETL | Electron Transport Layer | 전자수송층 |
| EIL | Electron Injection Layer | 전자주입층 |
| EBL | Electron Blocking Layer | 전자차단층 |
| HBL | Hole Blocking Layer | 정공차단층 |
| HOMO | Highest Occupied Molecular Orbital | 최고 점유 분자궤도 |
| LUMO | Lowest Unoccupied Molecular Orbital | 최저 비점유 분자궤도 |
| IQE | Internal Quantum Efficiency | 내부양자효율 |
| EQE | External Quantum Efficiency | 외부양자효율 |
| SOC | Spin-Orbit Coupling | 스핀-궤도 결합 |
| ISC | Intersystem Crossing | 계간교차, S→T |
| RISC | Reverse Intersystem Crossing | 역계간교차, T→S |
| TADF | Thermally Activated Delayed Fluorescence | 열활성화 지연형광 |
| CPL | Capping Layer | 상부 캡핑층 |
| TFE | Thin Film Encapsulation (봉지) | 박막 봉지 |
| TFT | Thin-Film Transistor | 박막 트랜지스터 |
| D-TFT | Driving Thin-Film Transistor | 구동 TFT |
Frequently Confused Concepts
| A | B | 차이 |
|---|---|---|
| Diffraction (회절) | Dispersion (분산) | 좁은 틈에서 퍼짐 / 파장별 굴절률 차이 |
| AG | AR | Reflection을 퍼뜨림 / Interference로 Reflection 자체를 줄임 |
| Color Gamut | Color Depth | 표현 범위 / 단계 수 |
| Luminance | Brightness | 객관적 nit / 주관적 느낌 |
| Contrast | Contrast Ratio | 영상 내 상대 차이 / White÷Black |
| PPI | PPD | inch 기준 / degree 기준·시청거리 영향 |
| Response Time | MPRT | 픽셀 물리 response / 사람이 느끼는 motion persistence |
| HOMO | LUMO | Hole / Electron |
| Host | Dopant | 에너지·전하 전달 기반 / 실제 발광 특성 결정 |
| ISC | RISC | S→T / T→S |
| IQE | EQE | 내부 광자 생성 / 외부 방출까지 고려 |
| Outcoupling | Microcavity | 갇힌 빛 추출 / 특정 파장 공진 증폭 |
| Internal Comp. | External Comp. | Pixel 내부 / 외부 sensing |
Key Formulas
굴절
n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂
Birefringence (복굴절)
R = Δn·d
CIE xy
y=Y/(X+Y+Z)
Contrast Modulation
Gamma
Contrast Ratio
Frame Time
Color Depth
Photon Energy
OLED EQE
Microcavity
Last-Minute Review
W1
Display → Communication Interface. Emissive: PDP/OLED/FED · Non-emissive: LCD/E-Paper.
W2
EWD 액체/접촉각 · FED Fowler–Nordheim · Mirasol 간섭 · DMD 거울/PWM · EPD 대전입자
W3
Diffraction(회절)=틈 · Interference(간섭)=겹침 · Dispersion(분산)=파장별 굴절률 · Birefringence (복굴절)=편광별 굴절률 · Rayleigh Scattering=작은 입자/Blue · Mie Scattering=큰 입자/White
RGB=가색/White · CMY=감색/Black · XYZ에서 Y=Luminance · RGB 삼각형=Gamut.
W4
Rod=어두움/밝기 · Cone=밝음/Color · PPI=inch · PPD=degree · Luminance(휘도)=nit · Gamma ≈ 2.2 · CR=White/Black.
Gamut=범위 · Depth=단계 · Response=pixel · Refresh=Hz · MPRT=motion blur / persistence (잔상).
W6
Anode→HIL→HTL→EML←ETL←EIL←Cathode. e⁻+h⁺→Exciton→Light.
HOMO=Hole · LUMO=Electron · Gap↑→λ↓→Blue · Dopant=발광 · Charge balance↑→효율↑.
Singlet:Triplet=1:3 · 형광 IQE 25% · 인광/TADF IQE 100% · ISC S→T · RISC T→S.
W7
EQE=IQE×Outcoupling · Substrate/Waveguide=TIR · Surface plasmon=금속 손실.
Microcavity=보강간섭 · FWHM↓→색순도↑ · 단점 Color Shift.
Encapsulation (봉지)=수분 차단 · TFE=Flexible · Frit=유리+Laser.
Compensation (보상): Vth/μ · Internal=Pixel 내부 · External=외부 sensing · Camera=Mura.