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STN 디스플레이

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1. 개요

STN 디스플레이는 1980년대 초 개발된 액정 디스플레이(LCD) 기술로, 표준 TN 디스플레이보다 더 많은 픽셀을 효율적으로 처리할 수 있도록 개선되었다. STN LCD는 낮은 전력 소비와 경제성이 장점이며, 휴대용 컴퓨터, 게임기 등에 사용되었으나, 화질과 응답 속도가 더 우수한 TFT LCD로 대체되었다. STN 액정에는 STN, FSTN, CSTN, DSTN, HPA, AA 등 여러 종류가 있다.

2. 개발

1982년, C. M. 워터스와 E. P. 레이네스는 STN 디스플레이에 대한 특허를 받았다.[1] 1984년까지 브라운 보베리(이후 ABB)의 연구원들은 540 × 270 픽셀의 최초의 STN 매트릭스 디스플레이 프로토타입을 제작했다.[2] 주요 과제는 더 많은 픽셀에 효율적으로 접근하는 방법을 찾는 것이었다. 표준 TN 디스플레이는 전압 특성 때문에 이 작업에 이상적이지 않았다. 180-270도 회전을 가진 STN 디스플레이는 해결책을 제시했다. 이러한 회전은 켜짐 상태와 꺼짐 상태를 더 명확하게 구별하여 더 많은 픽셀을 가진 수동 매트릭스 어드레싱에 적합하게 만든다.[3][4]

1984년 Brown Boveri가 제작한 초기 STN LCD

3. 종류

STN 디스플레이는 이미지 품질과 응답 속도를 향상시키기 위해 다양한 변형이 도입되었다. 주요 종류로는 이중층 STN, FRSTN (고속 응답 STN), FFSTN (이중 필름 보상 STN), MSTN (모노크롬 STN) 등이 있다.


  • 이중층 STN: 더 선명한 이미지를 제공하기 위해 추가 보상 레이어를 사용한다.
  • FRSTN (고속 응답 STN)
  • FFSTN (이중 필름 보상 STN)
  • MSTN (모노크롬 STN)

3. 1. STN

STN(Super-Twisted Nematic)은 액정 분자가 180도에서 270도까지 꼬여 있는 네마틱 액정의 한 종류이다. 이러한 꼬임은 TN(Twisted Nematic) 방식보다 더 가파른 전압-밝기 변화를 가능하게 하여, 수동 매트릭스 어드레싱에서 더 높은 콘트라스트와 더 넓은 시야각을 제공한다.

STN 액정에는 몇 가지 종류가 있다.

종류설명
STN노란색 바탕에 검은색의 옐로우 모드, 파란색 바탕에 흰색의 블루 모드가 일반적이다. 콘트라스트는 전자가, 밝기는 후자가 사용된다. 그 외에 옐로우 모드에 퍼플 편광판을 사용한 흰색 바탕에 파란색 모드도 있다.
FSTNFilm Compensated STN의 약칭으로, STN에 고분자 필름을 삽입한 것이다. 흑백 표시로, 워드 프로세서나 개인 휴대 정보 단말기를 중심으로 사용되었다.
CSTNColor Super-Twist Nematic의 약칭으로, 컬러 표시에 대응하는 것이다. 샤프가 개발하였으며 빨강, 녹색, 파랑 필터를 사용하여 컬러 이미지를 생성한다. 컬러 액정이 채용되기 시작했을 때의 휴대 전화를 중심으로 사용되었다.
DSTNDual-scan Super Twisted Nematic의 약칭으로, STN 액정을 상하 2분할하여 표시 속도를 개선한 방식이다. 주로 노트북 컴퓨터에 채용되었다. 상하 동시에 제어를 함으로써 처리가 가벼워지고 표시가 빨라지지만, 잔상이 남는 등의 근본적인 문제는 해결되지 않아 TFT 액정에 미치지 못한다. 보상용 필름 대신 STN 패널을 사용한 Double-STN의 약칭으로 사용되는 경우도 있다.
HPAHigh Performance Addressing의 약칭으로, 액정 재료에 의해 고속 응답이 가능한 소재 채용, 발광 기구의 개선 등을 통해 STN 액정의 휘도나 응답 속도를 개선한 것이다. 1990년대 후반 ~ 2000년대 초반의 노트북 컴퓨터에 채용되었다.
AAActive Addressing의 약칭으로, 전 주사선을 동시에 선택하는 구동 방식. 이에 따라 액정의 누적 응답에 의한 고속 STN의 콘트라스트 저하 문제를 어느 정도 피할 수 있었다. 상품화는 주사선을 여러 개 선택하는 정도로 그친 것이 사용되었다. MLS(Multi Line Selection)나 MLA(Multi Line Addressing) 등으로 불린다.



초기 CSTN 디스플레이는 느린 응답 속도와 고스트 현상과 같은 제한 사항이 있었다. 그러나 기술 발전으로 인해 응답 속도가 100ms로 개선되었고(TFT의 8ms보다 여전히 느림), 시야각이 140도로 넓어졌으며, 색상 품질이 향상되어 TFT 디스플레이 비용의 약 절반으로 경쟁력 있는 옵션이 되었다. 새로운 수동 매트릭스 기술인 고성능 어드레싱(HPA)은 CSTN보다 더 나은 성능을 제공한다.

3. 2. FSTN (Film Compensated STN)

FSTN(Film Compensated STN, 포뮬레이티드 STN 또는 필터링 STN)은 STN 디스플레이와 후면 편광판 사이에 필름 보상 레이어를 추가하여 선명도와 대비를 높인 방식이다. STN에 고분자 필름을 삽입한 것으로 흑백 표시가 가능하며, 워드 프로세서나 개인 휴대 정보 단말기를 중심으로 사용되었다. DSTN 채택 전에 초기 휴대용 컴퓨터에 사용되었다.

3. 3. CSTN (Color Super-Twist Nematic)

CSTN이 적용된 노키아 3510i 전화기


CSTN(Color Super-Twist Nematic, 컬러 슈퍼 트위스트 네마틱)은 샤프가 개발한 STN 디스플레이의 컬러 변종이다. 빨강, 녹색, 파랑 필터를 사용하여 컬러 이미지를 생성한다. 초기 CSTN 디스플레이는 느린 응답 속도와 고스트 현상(잔상)과 같은 제한 사항이 있었다. 그러나 기술 발전으로 인해 응답 속도가 100ms로 개선되었고(TFT의 8ms보다 여전히 느림), 시야각이 140도로 넓어졌으며, 색상 품질이 향상되어 TFT 디스플레이 비용의 약 절반으로 경쟁력 있는 옵션이 되었다. 새로운 수동 매트릭스 기술인 고성능 어드레싱(HPA)은 CSTN보다 더 나은 성능을 제공한다.

CSTN은 컬러 액정이 채용되기 시작했을 때의 휴대 전화를 중심으로 사용되었다.

3. 4. DSTN (Dual-scan Super Twisted Nematic)

DSTN (Dual-scan Super Twisted Nematic)은 STN 액정을 상하 2분할하여 표시 속도를 개선한 방식이다. 화면을 반으로 나누어 각 반을 동시에 스캔하므로 초당 새로 고침되는 라인 수가 두 배로 늘어나 더 선명한 모양을 제공한다. 초기 휴대용 컴퓨터에 널리 사용되었다.

DSTN은 상하 동시 제어를 통해 처리가 가벼워지고 표시 속도가 빨라졌지만, 잔상이 남는 등의 근본적인 문제는 해결되지 않아 TFT 액정에 미치지 못한다. 보상용 필름 대신 STN 패널을 사용한 Double-STN을 DSTN의 약칭으로 사용하는 경우도 있다.

3. 5. HPA (High Performance Addressing)

HPA(고성능 어드레싱)는 액정 재료에 의해 고속 응답이 가능한 소재를 채용하고, 발광 기구를 개선하여 STN 액정의 휘도와 응답 속도를 개선한 기술이다. 1990년대 후반 ~ 2000년대 초반의 노트북 컴퓨터에 채용되었다.

3. 6. AA (Active Addressing)

AA(Active Addressing)는 전 주사선(走査線)을 동시에 선택하는 구동 방식이다. 이에 따라 액정의 누적 응답에 의한 고속 STN의 콘트라스트 저하 문제를 어느 정도 피할 수 있었다. 상품화는 주사선을 여러 개 선택하는 정도로 그친 것이 사용되었다. MLS(Multi Line Selection)나 MLA(Multi Line Addressing) 등으로 불린다.

4. 기타 변형

CSTN(컬러 슈퍼 트위스트 네마틱, color super-twist nematic)은 샤프가 개발한 STN 디스플레이의 컬러 변종이다. 빨강, 녹색, 파랑 필터를 사용하여 컬러 이미지를 생성한다. 초기 CSTN 디스플레이는 느린 응답 속도와 고스트 현상과 같은 제한 사항이 있었다. 그러나 기술 발전으로 인해 응답 속도가 100ms로 개선되었고(TFT의 8ms보다 여전히 느림), 시야각이 140도로 넓어졌으며, 색상 품질이 향상되어 TFT 디스플레이 비용의 약 절반으로 경쟁력 있는 옵션이 되었다. 새로운 수동 매트릭스 기술인 고성능 어드레싱(HPA)은 CSTN보다 더 나은 성능을 제공한다.

이미지 품질과 응답 속도를 향상시키기 위해 다른 STN 디스플레이 변형이 도입되었다. 여기에는 다음이 포함된다.


  • 이중층 STN: 더 선명한 이미지를 제공하기 위해 추가 보상 레이어를 사용한다.
  • DSTN (더블 STN 또는 듀얼 스캔 STN): 화면을 반으로 나누어 각 반을 동시에 스캔하여 초당 새로 고침되는 라인 수를 두 배로 늘리고 더 선명한 모양을 제공한다. 초기 휴대용 컴퓨터에 널리 사용되었다.
  • FRSTN (고속 응답 STN)
  • FSTN (필름 보상 STN, formulated STN 또는 필터링 STN): STN 디스플레이와 후면 편광판 사이에 필름 보상 레이어를 사용하여 선명도와 대비를 높였다. DSTN 채택 전에 초기 휴대용 컴퓨터에 사용되었다.
  • FFSTN (이중 필름 보상 STN)
  • MSTN (모노크롬 STN)

참조

[1] 웹사이트 Liquid Crystal Devices https://www.ipo.gov.[...] 1982
[2] 간행물 Flüssigkristallanzeige European Patent No. EP 0131216: Amstutz H., Heimgartner D., Kaufmann M., Scheffer T.J. 1987-10-28
[3] 논문 A new, highly multiplexable liquid crystal display AIP Publishing 1984-11-15
[4] 서적 Flat Panel Displays: Advanced Organic Materials https://archive.org/[...] Royal Society of Chemistry



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