LED는 발광 다이오드(Light Emitting Diode)를 줄인 말이다. 전기 에너지를 빛 에너지로 바꾸는 반도체 소자를 뜻한다. 쉽게 말하자면 ‘빛을 내는 반도체’다. 양극에 전원을 연결하면 불이 켜지는 전구와 원리가 같다. 지난여름 개통된 서울 지하철 9호선 역사의 전광판, 고급 자동차 조명, 그리고 지금 PC사랑을 보고 있는 독자의 PC 케이스 조명에도 LED가 박혀 있다. 그런데 조명에나 쓰이던 녀석이 어째서 디스플레이와 눈이 맞은 걸까?
LCD 패널은 자체적으로 빛을 낼 수 없다. 깜깜한 방에 있다고 가정해 보자. 어두워서 아무 것도 안 보이지만 분명히 방 안에는 사람이 있고 책상과 의자 등 물건들이 있다. 이 사람이 방 안의 물건들을 보려면 어떻게 해야 할까? 간단하다. 불을 켜면 된다. 이처럼 LCD 모니터가 디스플레이 구실을 제대로 하려면 LCD 패널을 비출 조명이 필요하다. ‘그깟 조명 하나’라고 무시할 게 못 된다. 조명 없는 LCD 패널은 눈 뜬 장님이나 마찬가지다.
LCD는 영상 신호를 표시하는 박막액정디스플레이(LCD) 패널과 빛을 쏘아 눈으로 볼 수 있게 해 주는 광원(백라이트 유닛:BLU)으로 구성된다. 사진은 LCD 모니터용 광원.
냉음극 형광등 광원의 장단점
현재 냉음극 형광등(CCFL)이 LCD의 광원으로 널리 쓰인다. 냉음극 형광등은 전극을 달구어 빛을 내는 가정용 형광등과 달리 형광등 안에 있는 수은을 자극해 빛을 낸다. 발열이 적어 고장이 나거나 모서리가 검어지면서 수명이 끝나는 일이 거의 없다. 전극 구조가 단순해서 작게 만들 수 있다는 것도 장점이다.
하지만 디스플레이의 화면이 커지면서 냉음극 형광등의 한계가 드러났다. 예를 들어 5평도 되지 않는 작은 방과 30평짜리 큰 방에서 형광등을 켰다고 치자. 작은 방에서는 어느 위치에 있든 책을 읽거나 주변을 보는 데 지장이 없다. 반면 큰 방에서는 구석으로 갈수록 어두워진다. LCD 화면도 마찬가지다. 50cm(19인치대 이하)도 안 되는 작은 화면에서는 냉음극 형광등 몇 개만으로 충분하지만 그보다 큰 화면에서는 모서리로 갈수록 어두워진다. 문제를 해결하려면 더 밝은 형광등을 달거나 형광등 수를 늘려야 한다. PC 모니터보다 화면이 큰 LCD TV의 경우 화면 크기만큼이나 광원이 소비하는 전력량과 무게가 상당하다. 유해 물질인 수은이 들어간다는 것도 맘에 걸린다. 따라서 제조사들은 냉음극 형광등을 대체할 광원이 절실했다.
냉음극 형광등(CCFL)은 관 속의 수은을 자극해 빛을 낸다. 사진은 튜닝용으로 쓰이는 냉음극 형광등.
형광등의 한계 극복한 LED
냉음극 형광등의 대안으로 떠오른 게 LED다. LED는 냉음극 형광등보다 더 작고 광량도 적지만 여러 개를 조합하면 형광등 못지않은 빛을 얻을 수 있다.
LED 광원의 가장 큰 장점은 냉음극 형광등보다 전기를 덜 먹고 열이 적게 난다는 것이다. 냉음극 형광등 자체는 열이 거의 나지 않지만 밖에서 들어온 전기를 형광등에 맞게 변환하는 인버터에서 열이 발생한다. 전기를 변환하는 과정에서 열이 많이 생기는 것이다. 또 전력 손실이 커서 효율까지 떨어뜨린다.
반면 LED 광원은 인버터를 쓸 필요가 없어 열이 적게 나고 전력 효율이 한층 더 좋다. 냉음극 형광등보다 작고 배치가 자유로워 디스플레이를 얇게 만들 수 있다. 이 때문에 TV나 PC 모니터보다 노트북용 소형 디스플레이에 먼저 쓰였다. LED는 친환경적이다. 형광등과 달리 수은을 쓰지 않는다. 냉음극 형광등의 수명이 약 3만~5만 시간 정도 되는 것에 비해 LED는 약 10만 시간이나 쓸 수 있다. 더구나 형광등은 시간이 지날수록 빛이 약해지지만 LED는 수명이 다할 때까지 원래의 빛을 유지한다. 사실 ‘친환경’이라는 장점은 일반 소비자에게 잘 와 닿는 부분은 아니지만 최근 세계적으로 친환경 마케팅이 주목을 받고 있어 모니터 제조사들이 LED 광원 제품에 많은 관심을 갖고 있다.
크고 비효율적인 형광등 대신 작고 알찬 LED가 각광받고 있다.
LED 광원 제품은 비싸다? 모니터는 TV에 비해 양호한 편
LED 광원 TV와 냉음극 형광등 광원 TV의 값 차이는 상당히 크다. 대기업의 두 광원 TV 제품군 중 가장 싼 것들만 골라 비교하면 흔히 LED TV라고 부르는 LED 광원 LCD TV가 2배 가까이 비싸다.
반면 LED 광원 모니터는 값 차이가 크지 않다. 가격비교 사이트에 올라온 61cm(24인치) LCD 모니터를 보면 냉음극 형광등 광원을 쓴 종전 LCD는 20만 원 초반, LED 광원 LCD는 20만 원 후반부터 시작한다. 인기가 많은 제품들끼리 비교하면 5만 원에서 8만 원 정도 차이가 난다.
LG전자의 LCD TV. 스탠드형을 기준으로 냉음극 형광등 광원 제품중 가장 싼 것과 비싼 것, 그리고 LED 광원 제품 중 가장 싼 것을 비교해 봤다. LED 광원 LCD TV는 아직 값이 부담스럽다.
짧고 굵게 알아보는 LED 역사
1907년 영국 마르코니 무선 전신사에서 일하던 헨리 조셉 라운드는 탄화규소 소재에 전기를 넣으면 빛이 난다는 것을 발견했다.
최초의 LED는 1960년대 초에 만들어졌다. 미국의 닉 홀로니악 주니어 교수(사진)는 갈륨아사나이드포스파이드(GaAsP)라는 물질로 빨간색 LED를 만들었다. 1962년에 제너럴일렉트릭이 빨간색 LED를 출시하며 LED 산업의 길을 열었고, 1970년대에 녹색, 노란색 등 다양한 빛을 내는 LED가 개발되었다. 1993년, 일본 니치아에 근무하는 나카무라 슈지가 효율이 높은 파란색 LED를 개발했고, 이를 기반으로 3년 후 흰색 LED까지 만들었다. 미국의 과학자 롤랜드 하이츠는 ‘10년마다 LED의 값이 10배 하락하고 성능은 20배 향상될 것’이라는 하이츠의 법칙을 제시하기도 했다.
LED 광원 모니터는 발색이 뚜렷하다? 광원보다는 색상 최적화가 중요
LED 광원 모니터 자료나 TV 광고를 보면 LED 광원의 색 표현력에 대한 자신감이 넘친다. LED를 써서 발색이 뚜렷하다는 주장이다. 정말 그럴까? 61cm LED 광원 모니터 2종을 통해 테스트해 보기로 했다. 참고로 최근 시장에 나온 LED 광원 모니터들은 모두 흰색 LED에 테두리 배치형이다.
테스트는 제품을 기본 설정으로 맞추고 화면에 띄운 그림을 눈으로 직접 비교 관찰하는 방식으로 진행했다. 컬러와 흑백 단계별 농도가 담긴 차트를 비롯해 빨강, 파랑, 녹색 등 3원색이 강조된 3장의 사진을 이용했다. 아울러 평소 사무실에서 쓰는 LCD 모니터도 함께 비교했으며, 사진을 인쇄해서 얼마나 비슷한지도 확인했다.
테스트에 쓴 원본 이미지. 사진마다 빨강, 파랑, 녹색이 각각 두드러진다.
벤큐 V2400 에코
‘V2400 에코’는 스탠드 축이 한 쪽으로 치우친 독특한 디자인이다. LED 광원 제품답게 베젤이 2.1cm로 얇다. 특이하게도 받침대에 작은 식물을 돌볼 수 있는 화분을 마련했다. HDMI와 D-Sub 출력 단자만을 갖춰 DVI 케이블 연결이 불편하다.
모티브씨앤씨 모티브 MT-240LED 프로
‘모티브 MT-240LED 프로’는 LG디스플레이의 S-IPS 패널을 쓴 제품이다. 웬만한 각도에서 색이 변하지 않는 광시야각 패널은 주로 비싼 제품에 쓰이지만 이 제품은 30만 원 초반대로 저렴한 편이다. 싼 값에 LED 광원을 쓴 광시야각 모니터를 살 수 있다는 점이 매력이지만 테스트한 샘플은 패널과 베젤 틈새로 빛이 새는 현상이 있었다.
모티브 MT-240LED 프로
색감이 상당히 진하다. 전자제품 매장에서 틀어 주는 화려한 색의 영상을 보는 기분이다. 이는 광원보다는 S-IPS 패널의 특성 때문으로 보인다. PC 매장에 가 보면 유독 S-IPS 패널을 쓴 제품들이 진한 색을 보인다. 색 재현률을 높여 주는 광색역 기술까지 들어간 것들은 색이 뭉쳐 보일 정도다.
모티브 MT-240LED 프로는 색은 진하지만 광색역 제품보다 덜 부담스럽다. 완만하지 않지만 암부 표현력도 괜찮은 수준이다. 출력된 사진과 비교했을 때도 채도가 조금 더 높게 나왔지만 심각한 수준은 아니다. 다만 노란색이 도드라져서 이질감이 느껴지고, 명암 비율이 낮다.
V2400 에코
V2400 에코는 저가형 제품에 주로 쓰는 TN 패널을 달았다. TN 패널은 시야각이 떨어져 비스듬히 봤을 때 색이 다르게 보이는 문제가 있지만 최근에는 많이 개선되었다. 특히 그동안 값비싼 제품에만 쓰이던 LED 광원을 부담 없는 가격으로 접할 수 있게 된 것도 TN 패널이 아니면 쉽지 않았을 것이다.
다른 제품보다 화면이 밝았다. 다른 제품은 기본 밝기가 50%로 설정돼 있지만 V2400 에코는 기본값이 100%였다. 때문에 물이 빠진 듯한 느낌이다. 밝기나 화면 최적화 모드를 설정할 필요가 있다.
색상은 노란색 쪽으로 치우친 느낌이다. 노란색이 강한 반면, 빨간색은 약간 무겁고 어둡다. 푸른 벽에 그려진 인물의 피부가 너무 노랗게 나와 부자연스럽다. 초록색 풀잎도 노랗게 나왔다.
CCFL LCD 모니터
마지막으로 평소에 쓰던 LCD 모니터를 확인했다. 이용한 지 3개월이 채 안 되며, 58cm(23인치)에 TN 패널과 냉음극 형광등 광원을 쓰는 평범한 제품이다. 같은 TN 패널을 쓰는 V2400 에코처럼 채도가 떨어진다. 색상이 푸른색 쪽으로 치우쳐 있어 전체적으로 너무 가라앉은 느낌을 준다. 특히 선인장과 풀잎의 색이 마치 오래된 사진을 보는 듯하다.
색상 차트와 사진을 확인한 결과, LED 광원 제품이라도 공장에서 나온 기본 설정값으로는 색감과 톤이 좋지 못하다는 결론을 얻었다. 광고에서 말하는 것처럼 LED라고 해서 종전 제품과 완전히 차원이 다른 화면을 보여 주는 것도 아니었다. 밝기와 명암을 조정하고 그래픽 응용 프로그램으로 색상과 감마값을 바꿔도 이전 방식과 뚜렷한 차이를 보여주지 못했다.
디스플레이용 LED 광원의 특성.
RGB LED vs White LED
RGB LED와 흰색 LED의 구조. 흰색 LED는 주로 파란색 LED에 빨강, 녹색 성분의 형광 물질을 입혀 만든다.
디스플레이용 LED는 두 가지가 있다. 빨강, 파랑, 녹색 등 3개의 LED로 짜여진 RGB LED와 단색 LED에 형광 물질을 입혀 흰색을 낸 흰색 LED다.
먼저 RGB LED를 보자. 흔히 LED 광원 제품이 종전 제품보다 발색이 뚜렷하다고 한 것은 바로 RGB LED를 두고 한 말이다. 각각의 LED가 빛의 3원색을 그대로 내는 만큼 흰색을 띈 냉음극 형광등 광원보다 강렬한 색을 낼 수 있다. 사람이 많이 모이는 곳에 설치된 큰 화면이 바로 RGB LED를 이용한 디스플레이 장치다.
RGB LED는 한 조당 3개의 LED를 써야 하는 만큼 단가가 비싸다. 또 3색을 조합해 다양한 색상을 표현하려면 이를 제어하는 기술도 그만큼 복잡하고 정교하지 않으면 안 된다. 만들기 어려울 뿐더러 보급형 제품에 적용하기에는 한계가 있다.
흰색 LED는 LED라는 점만 빼면 냉음극 형광등과 거의 같다. LED 위에 빛과 반응해 3원색을 내는 형광 물질을 입힌 것으로 발색이 RGB LED만큼 강하지 않다. 대신 LED를 적게 써도 되고 구조가 단순해 단가를 낮추기 쉽다. 현재는 일부 고가형을 제외하고 대부분의 LED 광원 디스플레이가 흰색 LED를 쓴다.
국내에서 구할 수 있는 LCD TV 중 유일하게 RGB LED를 쓴 소니 브라비아 X4500.
값은 139cm(55인치) 기준으로 980만 원이다. 이 돈이면 같은 크기의 흰색 LED를 쓴 LCD TV를 두 대 사고도 남는다.
RGB LED와 흰색 LED의 장점과 단점. 단순하고 싸게 만들 수 있는 흰색 LED가 많이 쓰인다.
직하(Direct) 배치형 vs 테두리(Edge) 배치형
LED 광원 제품은 ‘어떤 LED를 쓰는가’뿐 아니라 ‘어떻게 쓰는가’에 따라서도 나뉜다. LCD 패널 뒤에 LED를 질서 있게 박아 넣은 직하 배치형과 테두리에만 박아 넣은 테두리 배치형 등이다. 원래는 직하 배치형이 일반적이었지만 최근 테두리 배치형이 나오면서 구분을 하게 됐다.
직하 배치형은 LED들이 LCD 패널 바로 뒤에 달려 있다. LED 직하 배치형의 큰 장점은 뛰어난 명암 표현력이다. 냉음극 형광등은 늘 켜져 있지만 LED 직하 배치형은 화면에 따라 LED를 켜고 끈다. 어두운 밤을 배경으로 한 동영상을 볼 때, 밝은 부분만 LED를 켜고 어두운 부분을 끌 수 있다. 때문에 밝은 부분은 밝게, 어두운 부분은 더 어둡게 표현할 수 있다. 이처럼 디스플레이 화면을 일정한 간격으로 나누어 구간별로 광원을 제어하는 기술을 로컬 디밍이라 한다. 하지만 구간별로 제어할 수 있는 범위가 촘촘하지 못하면 오히려 화질이 떨어지는 역효과가 날 수 있으므로 복잡한 제어 기술이 필요하다.
테두리 배치형은 패널 테두리에 LED를 두르고 확산판을 이용해 빛을 화면 전체로 고르게 퍼뜨리는 방식이다. LED의 특성을 살리기보다 효율성에 중점을 두었다. 좋게 보면 실속을 챙긴 것이고, 나쁘게 보면 눈 가리고 아웅이다. 직하 배치형보다 전기를 덜 먹으며 제품을 얇게 만들 수 있다. 노트북에 쓰이는 LED 광원 디스플레이는 테두리 배치형을 쓴다. LED를 적게 쓰는 만큼 값을 낮추기도 좋다. LED 광원 제품이 처음 나올 때는 직하 배치형이 주를 이뤘지만 지금은 테두리 배치형을 쓴 저가 제품이 많다. 앞으로도 제조 단가가 싼 테두리 배치형이 주류로 자리 잡을 것으로 전망된다.
LED 직하 배치형와 테두리 배치형의 특성.
30% 감소, 절전 효과는 확실
LED의 장점 중 하나가 전기를 덜 먹는다는 것이다. 요즘 LCD 모니터나 파워서플라이 광고를 보면 ‘대기전력 1W’라는 광고 문구를 볼 수 있다.
그만큼 요즘 PC 이용자들이 전력 관리에 민감하다는 뜻이다. 이번에는 전력 측정 장비를 통해 각 제품의 전력 소비량을 측정했다. 모니터 전원을 껐을 때, 입력 신호가 없을 때, 그리고 이용 중의 전력을 비교했다.
측정 결과, 광원이 같더라도 LCD 패널 종류에 따라 소비전력에 차이가 있었다. S-IPS보다는 TN 패널의 소비전력이 적고, 냉음극 형광등보다는 LED를 백라이트로 쓴 모니터가 전기를 적게 썼다.
참고로 LCD TV의 제원을 보면, 동급 제품의 경우 LED를 광원으로 쓴 것이 30W 이상 소비전력이 낮다.
각 모니터의 전력 소비량을 측정했다. 같은 패널끼리 비교하면 LED 광원 제품이 전기를 적게 쓴다.
화질 향상 효과는 미미, 전력 효율은 개선
앞서 테스트한 것들을 종합해 보면, LED 광원 모니터라고 해서 무조건 화질이나 색이 더 좋아졌다고 말할 수는 없다는 결론이 나온다. 물론 LED가 더 좋다는 말이 거짓은 아니다. 컬러 조정을 잘 하고, 광원과 패널 특성에 맞춰 잘 다듬은 제품은 종전 방식의 LCD보다 좋은 화질을 보여주기도 한다. RGB LED를 쓴다면 매우 뛰어난 모니터를 만들 수 있지만 저가형 LCD 모니터에 적용하기엔 부담이 크다.
반면 소비전력에서 LED 광원 모니터는 상당히 매력적이다. 동급 제품보다 소비전력이 확실히 적다. 여러 대의 PC를 쓰는 기업이나 관공서, 그리고 PC방 등에서는 절전 효과가 상당할 것이다. 수명도 LED가 유리하다. LCD가 마르고 닳도록 써도 광원 수명이 다하는 일은 없을 것이다.
삼성전자의 싱크마스터 XL24. 그래픽 작업에 특화된 제품으로 RGB LED를 썼다. 값은 190만원으로 같은 크기 일반 모니터의 5~6배 수준이다.
쑥쑥 잘 크는 LED 광원, 보이지 않는 매력
시장 조사기관인 디스플레이서치의 LCD 디스플레이 전망 분석. 2011년부터 LED 광원 제품의 비중이 종전 형광등 광원 제품을 뛰어넘어 2015년 경에는 78.3%에 달할 것으로 예측했다.
현재 LED TV, LED 모니터라고 부르는 제품은 차세대 디스플레이라 불리는 OLED(유기 발광 다이오드)와는 전혀 다르다. 모니터의 기본 작동원리는 그대로 둔 채, 화면 뒤에서 빛을 내는 광원만 바뀌었을 뿐이다. 반면, OLED는 화면에서 빛이 나 광원이 필요 없는 제품이다. TV나 모니터 크기의 OLED가 상용화되려면 아직 많은 연구가 필요하다. 때문에 삼성과 LG 등 주요 대기업이 LED 관련 분야에 투자를 늘리고 있다. 당분간은 차세대 디스플레이보다는 LED를 광원으로 활용하는 중간 단계의 제품이 대세라는 판단에서다. 게다가 LED 관련 영상장치는 글로벌 화두인 이산화탄소 감축과 ‘그린 IT’라는 정부 시책에 부합하는 제품이다. 이러한 점을 감안하면 머지않아 많은 제조사들이 의욕적으로 LED 광원 제품을 쏟아낼 것으로 보인다. 유일한 걸림돌이었던 가격도 많이 내려갔다.
앞으로는 더욱 격차가 적어질 것이다. 삼성경제연구소의 보고서에 따르면 LED 시장은 2010년에 110억 달러 규모로 성장할 전망이며, 현재 낸드플래시 시장의 약 90%, DRAM의 40% 수준에 달할 것이라고 한다. 특히 LED 시장은 2006년을 기점으로 매년 15%씩 꾸준한 성장을 보였는데 지금의 성장률을 유지한다면 2017년쯤에는 현재 삼성의 주력 사업 중 하나인 DRAM과 규모가 맞먹을 것이라는 전망이다. 또한 디스플레이서치는 2011년 경 LED 광원 디스플레이의 비중이 LCD 시장의 절반을 넘는 56%에 달할 것이라 내다봤다.
LCD 모니터를 쓰고 있다면 굳이 LED 관련 모니터를 새로 구입할 필요는 없다. LED 광원 모니터의 매력은 소비전력과 수명 등 화질보다는 경제성에 있다. 물론 모니터를 새로 사야 한다면 멀리보고 LED 광원을 쓴 모니터를 사는 것이 바람직하다.
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