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플라스마 디스플레이

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목차

1. 개요

플라스마 디스플레이(PDP)는 두 개의 유리 패널 사이에 불활성 기체와 소량의 다른 가스를 넣어 고전압을 가해 플라스마를 생성, 빛을 내는 평판 디스플레이 기술이다. 1936년 헝가리 기술자 컬먼 티허니가 원리를 제시했으며, 1964년 미국 일리노이 대학교에서 PLATO 컴퓨터 시스템을 위해 실용적인 PDP가 발명되었다. 1990년대 후반부터 2000년대 초반까지 HDTV 평판 디스플레이 시장에서 인기를 얻었으나, LCD 기술 발전과 가격 경쟁 심화로 인해 점유율이 감소하여 2014년 주요 제조사들이 생산을 중단하면서 시장에서 사라졌다. 플라스마 디스플레이는 넓은 시야각, 빠른 응답 속도, 우수한 명암비 등의 장점을 가졌지만, 번인 현상, 높은 전력 소비, 고해상도 구현의 어려움 등의 단점도 있었다.

2. 역사



플라스마 디스플레이의 기본 원리는 1936년 헝가리의 엔지니어 컬먼 티허니가 처음 기술하고 특허를 취득하며 최초의 평면 디스플레이 시스템을 구상한 것에서 시작되었다.[115][116] 실용적인 플라스마 디스플레이 패널(PDP)은 1964년 미국 일리노이 대학교 어배너-섐페인의 도널드 비처와 H. 진 슬로토우가 PLATO 컴퓨터 시스템을 위해 발명했다.

1970년대 초, 네온가스 방전을 이용한 초기 단색(주황색 또는 녹색) PDP는 자체적으로 화면 정보를 기억할 수 있어 별도의 메모리가 필요 없다는 장점 덕분에 잠시 인기를 끌었다. 오웬스-일리노이 등이 이를 상품화했다. 그러나 1970년대 후반부터 음극선관(CRT) 디스플레이에 사용되는 반도체 메모리의 가격이 하락하면서 PDP의 가격 경쟁력이 약화되어 판매가 감소하기 시작했다.

1980년대에는 액정 디스플레이(LCD)의 성능이 아직 부족했기 때문에 랩탑 컴퓨터의 디스플레이로 PDP가 사용되기도 했다. IBM, Photonics Imaging, 오카야 전기 등도 정보 표시용 디스플레이를 상품화했다. 한편, NHK에서는 컬러 PDP 연구를 진행했으며, 1989년 후지쯔가 풀 컬러 동영상 구현이 가능한 AC(교류) 구동 방식의 컬러 PDP를 개발하고 발표하면서 기술 발전에 중요한 전환점을 마련했다.[100]

후지쯔의 성공 이후 1990년대에는 히타치 제작소, NEC, 파이오니아 등 많은 일본 기업들이 AC 방식 컬러 PDP 개발 경쟁에 뛰어들었다. 1996년 후지쯔는 세계 최초로 약 106.68cm 풀 컬러 PDP를 개발했고, 1997년 11월에는 민간 소비자용 42형 와이드 플라스마 텔레비전을 선보였다. 같은 해 12월, 파이오니아가 세계 최초로 민간 소비자용 약 127.00cm 플라스마 텔레비전을 출시하면서,[114] 각 회사들은 차세대 대화면 평면 텔레비전으로서 디지털 텔레비전 방송 및 HDTV 방송에 대응하기 위한 개발 경쟁을 본격적으로 시작했다. 초기 PDP 텔레비전은 약 101.60cm 크기 정도에 시판 가격이 100만엔을 넘는 고가 제품이었으며, 각 회사들은 "1인치당 1만엔"을 목표로 원가 절감에 힘썼다. 화면 크기 경쟁도 치열해져 2006년 라스베이거스에서 열린 Consumer Electronics Show(CES)에서는 파나소닉이 약 261.62cm PDP TV를 발표하기에 이르렀다.

2. 1. 초기 개발



헝가리의 엔지니어 컬먼 티허니(Kálmán Tihanyi)는 1936년 논문에서 플라스마 텔레비전의 원리를 기술하고 최초의 평면 디스플레이 시스템을 구상하며 기본적인 원리를 개발하여 특허를 취득했다.[115][116][7]

최초의 실용적인 플라스마 비디오 디스플레이는 1964년 미국 어바나-샴페인 일리노이 대학교(University of Illinois at Urbana–Champaign)에서 도널드 비처(Donald L. Bitzer), H. 진 슬로토우(H. Gene Slottow) 및 대학원생 로버트 윌슨(Robert Willson)이 PLATO 컴퓨터 시스템을 위해 공동으로 발명했다.[8][9] 이들의 목표는 터미널 비용을 줄이기 위해 자체적으로 화면 정보를 기억하는 디스플레이를 만드는 것이었다.[10] 오웬스-일리노이(Owens-Illinois)에서 제작한 초기 단색(주황색 또는 녹색) Digivue 디스플레이 패널은 네온가스의 방전을 이용했으며, 1970년대 초에 큰 인기를 얻었다. 견고하고 영상을 표시하기 위해 별도의 메모리나 전기 회로가 필요하지 않았기 때문이다.[11]

버로스 코퍼레이션(Burroughs Corporation)은 1970년대 초에 Panaplex 디스플레이를 개발했다. 이 디스플레이는 이후의 플라스마 비디오 디스플레이와 동일한 기술을 사용했지만, 처음에는 덧셈 계산기에 사용하기 위한 세븐 세그먼트 디스플레이 형태로 시작했다.[13] 밝은 주황색 발광 덕분에 인기를 얻어 1970년대 후반부터 1990년대까지 금전 등록기, 계산기, 핀볼 게임기, 항공기의 항공 전자 공학 장비(예: 무선통신 및 항법 장치), 주파수 계수기 및 멀티미터 같은 테스트 장비 등 닉시관이나 누미트론 디스플레이를 사용하던 여러 분야에서 널리 사용되었다. 이후 LED가 저전력 소비와 모듈 유연성으로 이를 대체했지만, 핀볼 게임기나 항공 전자 공학처럼 높은 밝기가 필요한 일부 응용 분야에서는 여전히 사용되고 있다.

그러나 1970년대 후반부터 음극선관(CRT) 디스플레이에 사용되는 반도체 메모리의 가격이 하락하면서, 512 × 512 해상도의 PLATO 플라스마 디스플레이보다 CRT가 더 저렴해지자 PDP의 판매는 장기간 감소했다.[12] 그럼에도 불구하고 비교적 큰 화면 크기와 약 약 2.54cm 두께는 로비나 증권 거래소와 같은 장소에서 눈에 띄는 디스플레이로 활용되기에 적합했다. IBM사(1983년), Photonics Imaging사, 오카야 전기 등도 초기 단색 PDP를 상품화하여 주로 정보 표시용 디스플레이로 사용했다.

1980년대에는 랩톱 컴퓨터의 표시 장치로 PDP가 사용되기도 했다. 당시 액정 디스플레이(LCD)는 아직 흑백 표시만 가능했고 명암비나 응답성이 좋지 않았기 때문에, PDP가 이를 대체할 기술로 주목받았다. 그러나 이후 TFT 컬러 액정이 보급되면서 이러한 용도로의 이용은 줄어들었다.

같은 1980년대에 일본의 NHK 방송 기술 연구소에서는 컬러 PDP 연구 개발을 진행했다. 일리노이 대학교 방식이 전극 표면에 유전체를 둔 AC(교류) 구동 방식이었던 것과 달리, NHK는 전극을 직접 가스에 접촉시키는 DC(직류) 구동 방식이 휘도 및 동영상 성능에 더 우수하다고 판단하여 이 방식을 채택했다.

이후 1989년에 후지쯔가 풀 컬러 동영상 구현이 가능한 컬러 PDP를 개발하고 발표했다.[100] 이 약 53.34cm 크기의 PDP는 독자적으로 개량한 AC 구동 방식을 사용했으며 고휘도를 특징으로 했다. 이를 계기로 히타치 제작소, NEC, 파이오니아 등 많은 회사가 AC 방식으로 컬러 PDP 개발에 뛰어들었다.

1992년에 약 53.34cm 크기의 화면이 개발된 이후, 1996년 후지쯔는 세계 최초로 약 106.68cm 풀 컬러 PDP를 개발했고, 1997년 11월에는 민간 소비자용 42형 와이드 플라스마 텔레비전을 개발했다. 같은 해 12월, 파이오니아(당시 홈 AV 사업부, 현 온쿄&파이오니아)가 세계 최초로 민간 소비자용 약 127.00cm 플라스마 텔레비전을 출시하면서,[114] 각 회사들은 차세대 대화면 평면 텔레비전으로서 디지털 텔레비전 방송 및 HDTV 방송에 대응하기 위한 개발 경쟁을 본격적으로 시작했다. 초기 PDP 텔레비전은 약 101.60cm 크기 정도에 시판 가격이 100만엔을 넘는 고가 제품이었으며, 각 회사들은 "1인치당 1만엔"을 목표로 원가 절감에 힘썼다. 화면 크기는 계속 커져 2006년 라스베이거스에서 열린 Consumer Electronics Show(CES)에서는 파나소닉이 약 261.62cm PDP TV를 발표하기에 이르렀다.

2. 2. 1980년대

도시바 T3100 플라스마 화면 확대


1983년, IBM은 최대 4개의 동시 IBM 3270 터미널 세션을 표시할 수 있는 약 48.26cm 오렌지색 흑백 디스플레이(모델 3290 정보 패널)를 출시했다.[15] 이 시기 플라스마 디스플레이는 당시 주로 사용되던 액정 디스플레이(LCD)가 흑백 표시만 가능했고 명암비나 응답 속도가 좋지 않았기 때문에, 이를 대체할 기술로 주목받았다. 특히 교류(AC) 전원을 사용하는 고급 휴대용 컴퓨터(랩톱)에 주로 탑재되었다.

1980년대 말까지 오렌지색 흑백 플라스마 디스플레이는 여러 고급 휴대용 컴퓨터에 사용되었는데, 대표적인 예는 다음과 같다.

제조사모델출시 연도
에릭슨휴대용 PC1985년 (최초 사용)[14]
컴팩휴대용 3861987년
IBMP751990년



플라스마 디스플레이는 당시 LCD보다 더 나은 명암비와 넓은 시야각을 제공했으며, 화면에 잔상이 적다는 장점이 있었다. 이러한 장점 덕분에 1992년 액티브 매트릭스 방식의 컬러 LCD가 도입되기 전까지 휴대용 컴퓨터 시장에서 경쟁력을 가졌다.[15]

하지만 흑백 LCD와의 치열한 경쟁과 플라스마 디스플레이 자체의 높은 생산 비용 때문에 어려움을 겪기도 했다. 결국 1987년, IBM은 세계 최대 규모였던 뉴욕 킹스턴의 플라스마 공장을 폐쇄하고 메인프레임 컴퓨터 제조로 전환할 계획을 세웠다. 이는 자칫 플라스마 디스플레이 기술 개발 주도권이 일본 기업들에게 넘어갈 수도 있는 상황이었다.[16] 그러나 일리노이 대학교에서 플라스마 디스플레이를 연구하던 래리 F. 웨버 박사는 스티븐 글로버스 및 IBM 공장 관리자였던 제임스 키호와 함께 '플라스마코'(Plasmaco)를 공동 설립하고, IBM으로부터 단돈 5만달러에 공장을 인수했다. 웨버는 1990년까지 최고기술책임자(CTO)로 활동하며 미국 내 기술 개발의 명맥을 이어갔다.[16]

한편, 일본에서는 컬러 PDP 개발이 활발히 진행되었다. NHK 방송 기술 연구소는 1980년대 내내 컬러 PDP 연구 개발을 진행하며 매년 성과를 공개했다. NHK는 전극이 직접 가스에 닿는 DC(직류) 구동 방식이 휘도와 동영상 표현 능력에서 더 뛰어나다고 판단하여 이 방식을 채택했다.

이후 1989년, 후지쯔는 풀 컬러 동영상 구현이 가능한 컬러 PDP를 개발하여 발표했다.[100] 이 PDP는 21인치 크기로, 독자적으로 개량한 AC(교류) 구동 방식을 사용하면서도 높은 휘도를 달성했다. 후지쯔의 성공 이후 히타치 제작소, NEC, 파이오니아 등 많은 일본 기업들이 AC 방식 컬러 PDP 개발에 뛰어들었다. 이는 이후 대형 평면 텔레비전 시대를 여는 중요한 기술적 발판이 되었다.

2. 3. 1990년대

1989년 후지쯔는 풀 컬러 동영상 구현이 가능한 컬러 PDP를 개발하여 발표했다.[100] 이는 21인치 크기로, 전극 구조와 구동 방식을 독자적으로 개량한 AC 구동 방식이었으며 고휘도를 특징으로 했다. 1992년, 후지쯔는 이 기술을 기반으로 세계 최초의 약 53.34cm 풀 컬러 디스플레이를 선보였는데, 이는 일리노이 대학교 어배너-샴페인(University of Illinois at Urbana–Champaign)과 NHK 과학 기술 연구소(NHK Science & Technology Research Laboratories)에서 개발된 기술을 활용한 것이었다. 이후 히타치 제작소, NEC, 파이오니아 등 많은 회사가 AC 방식으로 PDP 개발에 참여했다.

1994년, 래리 F. 웨버는 미국 샌호세에서 열린 산업 컨벤션에서 컬러 플라스마 디스플레이를 시연했다. 파나소닉(Panasonic Corporation)은 플라스마코(Plasmaco)와 공동 개발 프로젝트를 시작했으며, 이는 1996년 파나소닉이 플라스마코, 그 컬러 AC 기술, 그리고 미국 공장을 2600만달러에 인수하는 결과로 이어졌다.

1995년, 후지쯔는 최초의 약 106.68cm 플라스마 디스플레이 패널을 출시했다.[17][18] 이 패널은 852×480 해상도를 가지고 있었으며 점진 주사 방식을 사용했다.[19] 후지쯔는 1996년에 세계 최초로 42인치 풀 컬러 PDP를 개발했고, 1997년 11월에는 일반 소비자를 위한 42형 와이드 플라스마 텔레비전을 선보였다.

1997년 초, 필립스(Philips)는 CES와 CeBIT에서 후지쯔 패널을 사용한 최초의 대형 상업용 평판 TV를 선보였다.[20][21][22] 필립스 42PW9962 모델로 출시된 이 제품은 미국 내 4곳의 시어스(Sears) 매장에서 14999USD에 판매되었으며, 가정 내 설치 서비스가 포함되었다.[23] 같은 해 파이오니아(Pioneer Corporation)와 후지쯔[24] 역시 플라스마 텔레비전 판매를 시작했으며, 다른 제조업체들도 뒤를 이었다. 1997년 12월에는 파이오니아가 50형으로 세계 최초의 민생용 플라스마 텔레비전을 출시했다.

이 시기부터 각 회사들은 차세대 대화면 평면 텔레비전으로서 디지털 텔레비전 방송 및 HDTV 방송에 대응하기 위한 개발 경쟁을 본격적으로 시작했다. 초기 PDP 텔레비전은 40인치 정도 크기에 시판 가격이 100만엔을 넘는 고가 제품이었으며, 많은 회사들이 "1인치당 1만엔"을 목표로 원가 절감에 힘썼다. 이러한 노력의 결과로 2000년에는 가격이 1만달러 수준까지 하락했다.

2. 4. 2000년대

플라스마 디스플레이는 2006년과 2011년 사이에 75% 더 얇아졌다.


2000년에 플라스마코(Plasmaco)는 최초의 약 152.40cm 플라스마 디스플레이를 개발했다. 또한 파나소닉(Panasonic)은 기존의 비싼 "고응력점" 유리 대신 일반 창유리를 사용하여 플라스마 디스플레이를 제조하는 공정을 개발했다고 보고되었다.[25] 고응력점 유리는 기존의 플로트 유리와 유사하게 만들어지지만 열에 더 강하고 높은 온도에서 변형된다. 플라스마 디스플레이는 제조 과정에서 희토류 형광체를 도포한 후 건조하기 위해 구워야 하므로 일반적으로 고응력점 유리가 필요했지만, 긁힘에는 상대적으로 약할 수 있다.[26][27][28][29]

2000년대 초반까지 플라스마 디스플레이는 HDTV 평판 디스플레이 시장에서 가장 인기 있는 선택지였다. 이는 당시 LCD 기술보다 여러 장점을 가졌기 때문인데, 더 깊은 검은색 표현, 높은 명암비, 빠른 응답 시간, 넓은 색상 스펙트럼 및 시야각을 제공했다. 또한 당시 LCD는 작은 크기의 텔레비전에만 적합하다고 여겨졌던 반면, 플라스마는 훨씬 큰 화면 크기를 구현할 수 있었다. 2005년에는 판매량에서 리어 프로젝션 시스템을 넘어섰다.[30]

그러나 LCD 제조 기술이 빠르게 발전하면서 기술 격차가 좁혀지기 시작했다. LCD는 크기가 커지고 무게는 줄었으며 가격이 하락했고, 종종 전력 소비도 더 낮아 플라스마 텔레비전과 경쟁할 수 있게 되었다. 2006년에는 LCD 가격이 급격히 하락하고 화면 크기가 커지면서 플라스마의 입지가 흔들리기 시작했다. 그럼에도 플라스마 텔레비전은 여전히 화질 면에서 약간의 우위를 유지했으며, 특히 약 106.68cm 이상 크기의 제품에서는 가격 경쟁력도 있었다. 하지만 2006년 말, 여러 판매업체들이 약 106.68cm LCD를 프리미엄 가격으로 내놓으면서 플라스마의 유일한 강점마저 잠식했다. 결정적으로 LCD는 더 높은 해상도와 진정한 1080p 지원을 제공하기 시작했지만, 플라스마는 720p 수준에 머물러 가격 차이를 상쇄하기 어려워졌다.[31]

2006년 말, 분석가들은 LCD가 플라스마의 판매량을 넘어섰다고 분석했으며, 이러한 경향은 플라스마가 이전에 강세를 보였던 약 101.60cm 이상 크기 시장에서 특히 두드러졌다.[32] 이 시기 또 다른 산업 동향은 플라스마 디스플레이 제조업체의 통합이었다. 시장에는 약 50개의 브랜드가 있었지만, 실제 제조업체는 5개에 불과했다. 2008년 1분기 전 세계 TV 판매량 비교에 따르면, 다이렉트 뷰 CRT는 2,210만 대, LCD는 2,110만 대, 플라스마는 280만 대, 리어 프로젝션은 10만 대였다.[33]

2007년 크리스마스 시즌 판매 실적이 최종 집계되었을 때, 분석가들은 LCD가 플라스마뿐만 아니라 기존의 CRT마저 판매량에서 앞질렀다는 사실에 놀랐다.[34] 이러한 급격한 변화는 경쟁 관계에 있던 대형 화면 시스템들을 거의 하룻밤 사이에 시장에서 밀어냈다. 2009년 2월, 파이오니아 전자가 플라스마 스크린 생산을 중단한다고 발표한 것은 플라스마 기술의 쇠퇴를 상징하는 전환점으로 여겨졌다.[35]

플라스마 디스플레이 기술이 쇠퇴하는 와중에도 화면 크기는 계속해서 커졌다. 2008년 미국 네바다주 라스베이거스에서 열린 소비자 가전 전시회(CES)에서는 마쓰시타 전기 산업(파나소닉)이 제조한 세계 최대 크기의 플라스마 비디오 디스플레이가 공개되었다. 이 디스플레이는 약 381.00cm 크기로, 높이는 약 1.83m, 너비는 약 3.35m에 달했다.[36][37]

2. 5. 2010년대

2010년 라스베이거스에서 열린 국제 전자제품 박람회(Consumer Electronics Show)에서 파나소닉은 152인치 2160p 3D 플라스마 디스플레이를 선보였다. 같은 해 파나소닉은 1,910만 대의 플라스마 TV 패널을 출하했다.[38]

2010년 플라스마 TV의 전 세계 출하량은 1,820만 대에 달했다.[39] 그러나 이후 액정 디스플레이(LCD) 텔레비전과의 경쟁이 심화되면서 플라스마 TV의 출하량은 크게 감소하기 시작했다. 특히 LCD TV의 가격이 플라스마 TV보다 더 빠르게 하락한 것이 주요 원인이었다.[40]

결국 2013년 말, 파나소닉은 2014년 3월부로 플라스마 TV 생산을 중단한다고 발표했다.[41] 뒤이어 2014년에는 LG와 삼성 역시 플라스마 TV 생산을 중단하면서,[42][43] 수요 감소로 인해 플라스마 디스플레이 기술은 사실상 시장에서 사라지게 되었다.

3. 대한민국 기업과의 특허 분쟁

PDP의 특허 침해 문제로 일본 기업과 대한민국 기업 간 상호 소송이 여러 차례 있었다.


  • 2004년 4월 6일, 후지쯔는 대한민국의 삼성전자를 상대로 특허 침해 소송을 제기했으나, 이후 양측은 화해했다.
  • 2004년 11월 1일, 마쓰시타 전기산업(현 파나소닉)은 대한민국의 LG전자가 알루미늄 섀시와 패널을 접착하는 열전도 시트 관련 특허를 침해했다며 소송을 제기하고, LG전자 패널의 수입 금지를 신청했다. 이에 LG전자는 11월 3일 마쓰시타(현: 파나소닉)를 상대로 맞소송을 제기하며, 마쓰시타(현: 파나소닉) 패널의 한국 내 수입 금지를 요구했다.


2005년 4월 4일, LG전자와 마쓰시타 전기산업(현 파나소닉)은 PDP 특허 소송과 관련하여 법적 소송을 서로 모두 취하하는 데 기본적으로 합의하며 화해했다. 이 합의에 따라 양측은 PDP, PC, DVD 규격의 특허를 상호 라이선스하기로 했다. 또한, PDP 이외의 분야에서도 지속적인 협력 체제를 구축하고 협력 분야 확대를 검토하기 위한 협업 검토 위원회를 설치하기로 합의했다.

4. 구조 및 작동 원리

플라스마 디스플레이 패널의 구성.


플라스마 디스플레이 패널(PDP)은 기본적으로 두 장의 유리판 사이에 네온, 제논과 같은 비활성 기체를 넣고 전극을 배치하여 미세한 칸(cell 또는 방전 공간)들을 격자 형태로 대량으로 만든 구조이다. 이 칸들(셀)은 전구(bulb)라고도 불린다.[44]

이온화된 기체가 플라스마 디스플레이 전면에 걸쳐 수백만 개의 작은 개별 구획에 갇혀 시각적 이미지를 형성하는 모습.


각 셀에는 긴 전극들이 유리판 사이에 가로와 세로 방향으로 배열된 전도성 스트라이프 형태로 존재한다. 후면 유리판에는 주로 불투명한 '주소 전극'이, 전면 유리판에는 투명한 '디스플레이 전극'이 배치된다. 이 전극들은 절연 보호층으로 덮여 있으며, 특히 전면 전극의 절연층 위에는 산화 마그네슘(MgO) 층이 추가로 코팅되어 있다. 이 MgO 층은 절연층(유전체 층)을 보호하고 방전 시 이차 전자를 방출하는 역할을 한다.[45][46]

작동 원리는 셀 내부의 기체 방전을 이용한다. 제어 회로가 특정 셀에 해당하는 가로 및 세로 전극에 전압을 가하면, 전극 사이에 전압 차이가 발생한다. 이 전압 차이로 인해 셀 내부의 기체 원자 일부가 전자를 잃고 이온화되어, 원자, 자유 전자, 이온으로 구성된 전기 전도성 플라스마 상태가 된다. 플라스마 내에서 흐르는 전자가 불활성 기체 원자와 충돌하면 빛이 방출되는데, 이를 글로우 방전이라고 한다.[47][48][49]

컬러 플라스마 디스플레이의 경우, 셀 내부에 형광 물질이 코팅되어 있다. 전극에 고전압이 가해져 플라스마가 형성되면, 플라스마 내의 전자가 이동하면서 셀 안에 미량 포함된 수은 입자에 부딪힌다. 이 충돌로 에너지를 얻은 수은 원자는 불안정한 상태가 되었다가 안정 상태로 돌아가면서 눈에 보이지 않는 자외선(UV) 광자를 방출한다. 이 자외선 광자가 셀 내부에 칠해진 형광체에 부딪히면, 형광체 분자가 에너지를 흡수하여 잠시 들뜬 상태가 되었다가 다시 안정 상태로 돌아가면서 가시광선을 방출한다. 사용된 형광체의 종류에 따라 다양한 색상의 가시광선을 얻을 수 있다.

일반적인 플라스마 디스플레이의 적색, 녹색 및 청색 형광체의 상대적인 스펙트럼 전력.


각 픽셀은 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue) 빛을 내는 형광체가 각각 칠해진 세 개의 독립된 서브픽셀 셀로 구성된다. 이 세 서브픽셀에서 나오는 빛이 혼합되어 픽셀의 전체 색상을 만들어낸다. 이는 음극선관(CRT)이나 액정 디스플레이(LCD)의 트라이어드 방식과 유사하다.

플라스마 디스플레이는 펄스 폭 변조(PWM) 방식을 사용하여 밝기를 조절한다. 제어 시스템은 각 서브픽셀 셀을 통과하는 전류 펄스의 빈도나 폭을 초당 수천 번씩 조절하여 각 색상의 강도를 높이거나 낮춘다. 이를 통해 수십억 가지의 다양한 색상 조합을 만들어낼 수 있어, 텔레비전이나 컴퓨터 비디오 이미지(CRT 디스플레이용으로 설계된 RGB 색상 시스템 사용)를 볼 때 매우 정확한 색 재현이 가능하다.

단색 플라스마 패널의 경우, 주로 네온 가스를 사용하며 네온 램프나 네온 사인처럼 특유의 주황색 빛을 낸다. 단색 패널의 경우, 일단 셀에서 글로우 방전이 시작되면 인가 전압을 낮추어도 방전 상태를 유지할 수 있다. 이러한 특성 때문에 고유한 메모리 기능을 가진다고 할 수 있다. 이 메모리 효과(히스테리시스)를 높이기 위해 소량의 질소를 네온에 첨가하기도 한다.[10]

플라스마 디스플레이가 작동하기 위해서는 셀 내부에 비교적 높은 전압(약 300볼트)을 가해야 하며, 셀 내부의 기체 압력은 대기압보다 낮은 약 500토르의 압력을 유지해야 한다.[52] 작동 중에는 화면 온도가 30°C에서 41°C 사이로 올라갈 수 있으며, 플라스마 자체의 온도는 최소 1200°C에 달할 수 있다.

5. 특징

플라스마 디스플레이 패널(PDP)은 기본적으로 두 장의 유리 패널 사이에 불활성 기체 혼합물(네온, 제논 등)과 소량의 수은 증기 등이 채워진 수백만 개의 미세한 셀(cell)로 구성된다. 각 셀은 형광등과 유사한 원리로 작동하는데, 셀 양단의 전극에 높은 전압을 가하면 내부 기체가 플라스마 상태가 된다. 이 플라스마에서 방출된 자외선(UV)이 셀 내부에 코팅된 형광체를 자극하여 가시광선을 발생시킨다. 형광체의 종류에 따라 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 빛을 내는 서브픽셀(sub-pixel)들이 모여 하나의 픽셀을 이루고, 각 서브픽셀의 밝기를 펄스 폭 변조(PWM) 방식으로 제어하여 다양한 색상을 구현한다.

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PDP는 스스로 빛을 내는 자발광(emissive) 디스플레이로, 액정 디스플레이(LCD)와 달리 백라이트가 필요 없어 구조가 비교적 간단하며 대형 화면 제작에 유리했다(최대 3.8m). 넓은 시야각과 빠른 응답 속도로 모션 블러가 적다는 특징이 있다.[63][76][64][65] 각 픽셀이 스스로 빛을 조절하므로 깊은 검은색 표현과 높은 명암비 구현이 가능했으며[53][63][76][77](일부 모델 5,000,000:1 광고[68]), 음극선관(CRT)과 유사한 수준의 뛰어난 색 재현율을 보였다.

패널 자체는 약 6cm 두께로 얇았으나, 완제품은 일반적으로 10cm 미만이었다. 유리 패널로 인한 빛 반사나 상대적으로 무거운 무게는 단점으로 지적되기도 했다. 작동 원리상 셀을 미리 충전해야 하므로[72][73][74] 완전한 검은색 구현에 제약이 있었고[75], 상대적으로 높은 발열(표면 온도 30°C~41°C)과 전력 소모(127cm 기준 약 400W[54])를 보였다. 초기에는 형광체 수명으로 인한 밝기 감소 문제가 있었으나, 기술 발전으로 후기 모델은 수명이 100,000시간 이상으로 크게 개선되었다.[55][77]

대형화에 유리했던 반면, 82cm 미만 소형 패널 생산은 경제성이 낮았다.[56][57] 또한 고도가 높은 지역(약 1981.20m 이상)에서의 작동 제약[60]이나 전자기 간섭(RFI) 발생 가능성[61] 등의 특징도 있었다. 해상도 측면에서는 EDTV(852×480)부터 HDTV(1366×768, 1920×1080 등)까지 다양한 기본 해상도를 가졌으며, 입력되는 영상 신호를 패널 해상도에 맞게 변환하는 비디오 스케일러의 성능이 화질에 영향을 미쳤다.[80][81]

5. 1. 장점

플라스마 디스플레이(PDP)는 여러 가지 장점을 가지고 있다.

  • 시각적 성능: 스스로 빛을 내는 자발광 방식 덕분에 시야각이 넓어[99] 어느 각도에서 보아도 화면 왜곡이 적다. 응답 속도가 매우 빨라[99] 스포츠 경기나 액션 영화처럼 빠른 움직임이 많은 영상에서도 잔상이 거의 없다. 색 표현력이 뛰어나고 색 순도가 좋아[99] 생생하고 풍부한 색감을 제공한다. 특히 명암비 성능이 우수한데, 이는 화면의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분의 차이를 나타내는 수치로, 명암비가 높을수록 이미지가 더 현실적으로 보인다. 플라스마 디스플레이는 LCD보다 더 깊은 검은색을 표현할 수 있어[63][76][77] 뛰어난 명암비를 보여주며, 일부 제품은 5,000,000:1과 같은 높은 명암비를 광고하기도 했다.[68] 이는 유기 발광 다이오드(OLED)를 제외한 다른 디스플레이 기술에 비해 상당한 장점이었다.[68]

  • 구조 및 크기: 구조가 비교적 간단하여 LCD보다 저렴한 비용으로 더 큰 화면을 만드는 것이 가능했고[99], 상대적으로 얇은 두께로 제작할 수 있었다.

  • 수명: 초기 모델은 형광체의 수명 문제로 밝기가 점차 감소하는 단점이 있었지만, 기술 발전을 통해 최신 모델은 100,000시간(약 11년 이상)을 초과하는 수명을 가지게 되었다. 이는 과거 CRT 방식의 텔레비전보다 훨씬 긴 시간이다.[55][77]

5. 2. 단점

플라스마 디스플레이는 여러 장점에도 불구하고 몇 가지 뚜렷한 단점을 가지고 있다.

우선, 화면 번인 현상에 취약하다. thumb 같은 화면이 오랫동안 고정되어 표시될 경우, 해당 부분의 형광 물질이 손상되어 화면에 영구적인 잔상이 남을 수 있다. 이는 플라스마 패널이 상대적으로 높은 온도에서 작동하기 때문에 더욱 문제가 될 수 있으며, 초기 모델에서는 이로 인해 비디오 게임처럼 정적인 이미지가 많은 콘텐츠를 이용하기 어려웠다. 일시적으로 잔상이 남는 이미지 유지(Image retention) 현상도 발생하는데, 이는 픽셀 구조에 전하가 축적되어 생기며 시간이 지나면 자연스럽게 사라진다. 제조사들은 화면 전체를 미세하게 움직이는 픽셀 이동(pixel orbiter) 기능 등을 도입하여 번인 현상을 줄이려 노력했지만[78], 문제를 완전히 해결하지는 못했고 대부분의 제조사들은 번인 현상을 제품 보증 대상에서 제외했다.[77][79]

수명 문제도 단점으로 지적된다. 디스플레이에 사용되는 형광체인 인은 시간이 지남에 따라 성능이 저하되어 화면 밝기가 점차 감소한다. 초기 세대 디스플레이(2006년경 이전)는 시간이 지남에 따라 휘도가 눈에 띄게 감소했으나[55][77], 기술 발전으로 최신 모델들은 100,000시간(약 11년) 이상 사용 가능하다고 광고되기도 한다.[55][77] 그럼에도 불구하고 장시간 사용 후에는 LCD와 마찬가지로 패널 교체가 필요할 수 있다.

상대적으로 높은 전력 소모 또한 단점이다. 예를 들어 40인치 크기의 플라스마 디스플레이는 약 300W의 전력을 소비할 수 있으며, 작동 중 발생하는 열도 상당하다.[72][73][74] 이는 각 픽셀(셀)을 켜기 전에 미리 충전하는 과정이 필요하기 때문인데[72][73][74], 이 사전 충전 과정은 완전한 검은색 표현을 어렵게 만들어 약간의 빛샘 현상처럼 보이게 하는 원인이 되기도 한다.[75] 이 때문에 특히 밝은 실내 환경에서는 명암비가 낮아져 화면이 다소 어둡게 느껴질 수 있다.

이 외에도 유리로 된 전면 패널 때문에 주변의 빛이 반사되어 시청을 방해할 수 있으며, 영상의 색상이나 밝기가 급격하게 변하는 부분에서 등고선과 같이 부자연스러운 경계선이 나타나는 의사 윤곽(false contouring) 현상이 발생하기도 한다. 또한 기술적인 한계로 LCD에 비해 높은 해상도의 패널을 제작하기 어렵다는 점도 단점으로 꼽힌다.

6. 주요 제조업체

제조업체비고
후지쯔패널만 생산[88]
중화 현상관패널만 생산[89]
포모사 플라스틱 그룹패널만 생산[90]
히타치패널 생산[91]
LG패널 생산[92]
파나소닉패널 생산[1][2][93][94]
파이오니아패널 생산[95]
삼성패널 생산[96]
도시바패널 생산[97]


7. 환경적 요인

플라스마 화면은 에너지 소비 효율성 측면에서 CRT와 LCD 화면에 비해 떨어진다.[124] 실제로 플라스마 스크린은 CRT 및 LCD 스크린보다 더 많은 에너지를 사용한다.[98] 에너지 소비를 줄이기 위해, 새로운 기술들이 발견되고 있다.[125]

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