[정보디스플레이공학개론] 2강 디스플레이 시스템 (1)

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[정보디스플레이공학개론] 2강 디스플레이 시스템 (1)

복습 2025. 4. 30. 01:58

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1. 디스플레이의 역할과 변화

1.1 디스플레이의 역할

- IT의 '창(Window)' 역할

- 정보량 증가 → 생활의 필수 장치

- 인간과 기계 간 인터페이스 (Man-Machine Interface)

1.2 과거의 디스플레이

- CRT Display: 정보 표현의 한계 (정보량, 장소 제약)

1.3. 현재의 디스플레이

정보화 사회의 가속화
FPD(Flat Panel Display)의 발전 → 멀티미디어 개념으로 발전

* FPD : 평판 디스플레이


Smart Phone	DMB	PMP

Ubiquitous 환경에서의 진화
- 시간과 장소에 상관없이 Anytime, Anywhere 지원
형태 다양화
- Public Display, DID (Digital Information Display = Digital Signage)
- 스마트폰, e-book, e-paper 등으로 발전

1.4 미래의 디스플레이

인간과 상호작용하는 지능형 디스플레이(Intelligent Display) 형태로 발전할 것이다.

Smart Display
3D, 센서, 인터랙티브 기능( Interactive Function) 내재

* 인터랙티브 기능(Interactive Function) : 사용자의 행동, 입력, 환경 변화에 실시간으로 반응하고 쌍방향 소통이 가능한 기능

터치스크린: 손가락/스타일러스 터치에 따라 반응 (예: 스마트폰, 태블릿)
음성 인식: 사용자의 말에 따라 명령 수행 (예: 스마트 스피커 내 디스플레이)
제스처 인식: 손동작이나 몸동작으로 조작 (예: Kinect, 자동차 HUD)

조도 센서를 통해 밝기 자동 조절
눈의 위치나 시선 추적(Eye-tracking)을 통한 화면 이동 또는 초점 조정
주변 온도나 습도에 따라 콘텐츠 변경

특히 단순히 정보를 보여주는 역할을 넘어 사용자와 대화하여 맞춤형 콘텐츠를 제공하는 기능

예를들어 사용자의 얼굴 인식 후 화장을 추천해주는 스마트 미러나, 학생의 입력에 반응하여 실시간 패드백을 제공하는 교육용 스마트 보드.

즉, 인터렉티브 기능을 디스플레이를 능동적인 정보처리 장치로 진화시키는 핵심 요소이다.

1. 디스플레이 시스템

Image Capture/Processing (영상 캡처/처리)
- 예: 카메라가 실제 사람이나 사물을 촬영하여 영상 데이터로 변환
Image Processing/Encoding (영상 처리 및 부호화)
- 데이터 압축, 화질 보정 등의 디지털 처리
Image Storage/Transmission (영상 저장 및 전송)
- 디지털 정보를 저장하거나 무선/유선 네트워크로 전송
Display (디스플레이 출력)
- 화면 장치를 통해 이미지가 출력됨 (LCD, OLED 등)
Viewer (사용자)
- 인간의 눈으로 정보가 전달되는 최종 단계

1.2 디스플레이의 정의

단순히 디스플레이 장치만을 의미하지 않고, 이미지를 인간의 눈에 전달하기 위한 전체 시스템을 포함한다.

컴퓨터 시스템은 이미지를 디지털 형태로 저장하고 이를 디스플레이용 아날로그 영상 신호로 변환한다. 디스플레이는 컴퓨터와 연결되어 출력된다.

즉, 디스플레이 시스템은 입력 → 처리 → 전송 → 출력 → 사용자 인식까지의 모든 단계를 포괄하는 개념이다.

2. 전자 디스플레이

디지털 메모리에 저장된 비트맵 데이터는 각 비트가 픽셀의 ON/OFF를 제어하며, 이를 통해 화면에 시각적으로 표현된다.

3. From Computer to Display

3.1 pc 내부 구성

CPU: 프로그램 실행 및 그래픽 명령 처리
Memory: 프레임 버퍼 등의 데이터 저장

3.2. VGA Card (그래픽 카드) 구성

Frame Memory: 현재 화면에 출력할 이미지가 저장됨 (1 frame 단위로)
VGA Controller: 프레임 메모리에서 데이터를 읽고 표시 타이밍을 제어
Color Palette: 색상 정보 관리 (indexed color를 사용하는 시스템일 경우)
RAM DAC (Digital-to-Analog Converter):
- 디지털 RGB 데이터를 아날로그 신호로 변환
- 과거 CRT 디스플레이용에서 필수적이었음
Digital I/F 변환 칩 (TMDS 등):
- 디지털 신호를 전송용 포맷으로 변환 (예: HDMI, DVI에서 사용)
- TMDS는 Transition Minimized Differential Signaling 방식으로 DVI/HDMI 표준

3.3 출력되는 신호

영상 신호 (RGB, TMDS 등)
제어 신호 (디스플레이 작동 명령)
Timing 신호:
- CLK (Clock): 동기화 기준
- HSYNC (수평 동기화): 가로 줄마다 새로 그림 시작
- VSYNC (수직 동기화): 전체 프레임 다시 시작

3.4 FOD 모듈

전달받은 디지털 영상 신호를 해석해 실제 화면에 표시
LCD, OLED 등의 패널 기술 기반

즉, 컴퓨터에서 생성된 디지털 영상 데이터는 그래픽 카드 내 여러 블록을 거쳐 아날로그 또는 디지털 영상 신호로 변환된 후, 타이밍 신호와 함께 디스플레이 모듈로 전달되어 화면에 출력된다.

4. LCD 모니터(Display System Architecture) 아키텍처

4.1. 입력부

PC Graphic card → Analog or DVI 신호 출력
신호가 Scaler (스케일러) 로 전달됨

4.2. AD 보드 (메인 신호 보드)

Scaler

입력된 영상 신호(Analog/DVI)를 받아서 해상도 변환, 영상 처리 수행
처리된 데이터를 LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 방식으로 LCD 패널로 전송

Micom (Microcontroller)

전체 시스템 제어, 모드 선택, 전원 제어
키패드 입력 처리
전압 레벨 변환 제어: 3.3V / 2.5V / 1.8V 등

Flash

Micom이 사용하는 펌웨어 저장 메모리

4.3. POWER PCB

AC-DC

외부 AC 전원(220V/110V) → DC 전압(예: 12V) 변환

DC-DC

필요 전압 레벨로 다시 변환
예: 12V → 5V, 3.3V 등

4.4. Inverter & LCD Panel

Inverter (인버터)

CCFL 백라이트용 고전압 생성 (LCD는 자체 발광이 아니기 때문에 백라이트 필요)
Dim control: 밝기 제어 신호로 밝기 조절

LCD Panel

LVDS 신호로 전송된 영상 데이터를 기반으로 실제 영상 표시

PC에서 전달된 영상 신호는 AD 보드에서 처리되어 LVDS 신호로 LCD 패널에 전달되고, 전원부는 시스템과 백라이트에 필요한 전압을 공급하여 디스플레이가 작동하게 된다.

* CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp)란?
CCFL은 냉음극 형광등으로, 과거 LCD 디스플레이의 백라이트(빛을 제공하는 광원)

넓은 면적에 균일한 백라이트를 제공하고, 수명이 길다는 장점이 있지만, 전력소모가 크고 두껍다는 단점이 존재한다. 또한 환경 유해물질이 포함되며, 효율과 반응속도에서 led 보다 열세로 최근에는 LED 백라이트가 CCFL를 대체했다.

* LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 신호를 사용하는 이유
LVDS는 디지털 신호를 고속, 저전력, 저노이즈로 전송하는 차동 전송 방식이다.

LVDS는 디스플레이 패널 내부에서 고해상도·고속 영상 데이터를 효율적이고 안정적으로 전달하기 위한 최적의 방식.

고속 전송	최대 수 Gbps 이상 전송 가능 (해상도/주사율 대응 가능)
저전력	낮은 전압(약 350 mV)에서 동작 → 발열 적음
노이즈 면역 강함	차동 신호이기 때문에 공통모드 노이즈에 강함
전송선 수 감소	병렬 RGB 신호 대신 LVDS 직렬화 신호 사용으로 선 수 절감
장거리 전송	데이터 신뢰성 유지하며 수 미터 전송 가능

TTL 방식 vs LVDS

* differential signaling을 사용하는 이유

1. Common-mode rejection

2. EMI 억제 : 두 선에 흐르는 전류가 반대 방향으로 흐르기 때문에, 발생하는 자기장이 서로 상쇄됨 -> 외부로부터의 방사 간섭(EMI)도 외부로의 방사 노이즈도 적음

3. 고속 전송 가능 :낮은 전압 스윙 (예: ±0.35V) 만으로도 동작 가능 → 전력 소모 ↓, 신호 전환 속도 ↑

4. 신호 무결성 보장

5. TTL vs RSDS

TTL (Transistor-Transistor Logic)	RSDS (Reduced Swing Differential Signaling)

단일 신호선 사용 신호가 0V ↔ 3.3V로 급격히 변화 → 정사각형 파형 (sharp edge) 빠른 전압 변화 → 전자기파(EMI) 강하게 방사됨 신호선 길거나 주변에 민감한 회로 있을 경우 간섭 심함	두 개의 선을 사용하여 차동 전송 전압 스윙이 작고 변화가 부드러움 (사인파 형태) 0.2V 수준의 작은 변화만 필요 → 전력 소비 ↓ EMI 발생이 적고, 외부 노이즈에도 강함 (Common-mode rejection)