19. OLED 플리커링(Flickering) 원인과 유해성

 

 

최첨단 기술이라는 OLED, 근데 도대체 왜 깜빡이게 만들어 놓았을까??

OLED 좋은데...참 좋은데... 왜이렇게 파도파도 미담이 아닌 문제들이 계속 나올까요? 번인(Burn-in)에 플리커링(Flickering)에 청색광(Blue light)에 인터넷에 떠도는 여론은 이정도면 당장 폐기해야할 것만 같은 제품으로 보입니다. 

 

"번인때문에 신경쓰여서 못쓰겠다." 

"플리커링때문에 눈이 안좋아지고 두통에 시달린다", 

"청색광때문에 시신경이 죽었다" 

 

문제점들을 조목조목 보면 아주 천하의 죽일놈이 따로 없습니다. 번인문제는 그 동안 제 블로그에서 많이 다루었던 문제이고, 또 실제로 OLED의 가장 심각한 문제점입니다. 그러나 번인은 보는데 불편하기는 하지만 번인이 생겼다고 인간의 시력이 나빠진다는 등의 건강에 직결되는 문제에 대한 이슈는 발생하지 않습니다. 그러나 오늘 다룰 플리커링은 항상 시력과 관련한 논란들이 빠지지 않고 거론되는 등 실제 문제가 있다면 당장에 폐기되어야할 정도의 이슈사항입니다.

 

먼저 플리커링이란 어떠한 현상을 플리커 현상이라 부르는지 알아봅시다. 유투브에 보면 플리커링에 관한 동영상이 많이 올라와있습니다. 그러나 제 동영상이 아니면 자꾸 짤리는 등의 문제가 있으므로 어무니가 쓰시는 갤럭시S6를 직접찍어서 올려보았습니다.

 

<동영상1. 갤럭시S6의 플리커링과 오지는 애니팡 번인>

 

동영상은 처음에 가장낮은 밝기에서 시작합니다. 이때 화면에 대각선으로 줄무늬모양의 정체 불명의 선들이 생기는 것을 볼 수 있습니다. 제가 찍은 이 동영상에서는 심해보이진 않습니다만, 유투브의 다른 분들이 올려놓은 플리커링 동영상들을 참고하시면 꽤나 큰 문제처럼 보이는 것을 알 수 잇습니다. 그리고 밝기가 어느정도 밝아지면 플리커링 현상이 줄어듭니다만 다시 밝기를 낮추면 플리커링이 발생합니다. 

 

밝기를 최대로 하면 플리커링현상은 전혀 볼 수 없지만, 어무니가 애니팡 고수라는 흔적은 번인과 함께 만천하에 들어납니다...;; (OLED의 플리커링과 번인을 함께 볼 수 있는 유일한 동영상일듯합니다 ^^) 플리커링 현상은 전기를 이용하는 디스플레이, 조명장치들에서 대부분 일어납니다. 특히나 플리커링이 심한 것이 우리가 너무나 흔하게 사용하고 있는 형광등(Fluorescent lamp)입니다. 형광등은 1초에 60번 꺼졌다 켜졌다를 반복하는 대표적인 플리커링 조명입니다.

 

그러면 왜 전기를 이용하는 조명 등에서 플리커링현상이 일어날까요? 바로 원인은 전기전송방식에 있습니다. 많은 분들이 아시겠지만 전기는 직류(DC)와 교류(AC)방식이 있는데 직류는 말그대로 플러스 전압을 지속적으로 걸어주는 방식이고 교류방식은 전압을 플러스 마이너스를 반복하여 전송하는 방식입니다. 자세한 내용은 포스팅 범위를 벗어나니 플리커링을 유발하는 교류방식에 대해서 정리를 하고 본론에 들어가겠습니다.

 

<사진1. 교류(AC)전류의 파형> *출처 : 필립스 LED blog.naver.com/philips_led

 

사진1은 교류전류의 파형을 보여줍니다. 교류는 전압인가를 플러스 마이너스를 반복하기 때문에 중간에 전압이 0이 되는 지점이 발생합니다. 이 시점에서는 전류가 흐르지 않게 되기 때문에 교류전류를 직접 이용하는 형광등의 경우에는 등이 꺼지는 타이밍이 생기고 우리 눈으로 인식하기는 어렵지만 동영상등으로 촬영하게 되면 이러한 깜빡이는 현상을 볼 수 있습니다. 특히나 안정기가 고장난 형광등의 경우는 심각하게 깜빡여서 우리는 심한 어지러움 등을 느끼게 됩니다. 

 

이러한 깜빡이는 현상을 플리커링 현상이라 부르며, 원인은 다르지만 모니터 등 대부분의 디스플레이도 플리커링이 존재합니다. 왜냐하면 디스플레이 화면을 표시하기 위해서는 주사율(Scan rate)이라는 값을 설정을 해주어야 하기 때문입니다. 이 주사율이라는 개념은 모니터의 이미지 구현 방식에 대해 이해를 하면 되는데 아주 간단하게 아래 그림을 보며 이해를 해보도록 하겠습니다.

 

 

<사진2. 8X8 디스플레이의 이미지 구현 방식>

 

일단 8 곱하기 8 픽셀 사이즈의 디스플레이가 있다고 가정해봅시다. 이 화면이 숫자 "0"을 나타내기 위해서는 어떻게 해야 할까요? 먼저 화면에는 주사선(scan line)이 가로로 있고, 데이터 라인(data line)이 가로로 있습니다.(이 방향은 화면 구성에 따라 반대일 수도 있습니다) 이때, 1번 스캔라인이 먼저 전압이 가해진 채로 대기 하면, 데이터 라인이 한 열씩 이동해가면서 이미지 구현에 필요한 전압을 가해줍니다. 1번 스캔라인에서 이미지 구현에 필요한 픽셀은 없으므로 데이터 라인은 모두 전압이 가해지지 않은채 지나가게 됩니다.

 

 

 

 

이번에는 2번 스캔라인 차례입니다. 2번 스캔라인에 전압이 가해지고, 이때 데이터 라인이 지나가면서 4번 데이터 라인과 5번 데이터 라인을 지나갈때, 전압을 가해주면 스캔라인의 전압과 데이터 라인의 전압이 더해져서 픽셀을 구동(ON)시키게 됩니다. 한번 켜진 픽셀은 축전기(Capacitor)에 전하(Charge)가 충전되므로 데이터 라인이 지나가더라도 바로 꺼지지 않고 켜진 상태를 유지하게 됩니다. 

 

이런 방식으로 스캔라인이 1번 부터 8번까지 완료되면 이미지 "0"을 구현할 수 있게 됩니다. 그래서 주사율이 60Hz(헤르츠, /s)라고 하면 1번부터 8번까지 스캔라인이 1초당 60번을 반복한다는 의미가 됩니다. 단지 픽셀이 8X8 디스플레이라고 해도 1초당 60번이면 엄청난 속도 같은데 갤럭시S9 같은 최신 프리미엄 스마트폰의 해상도가 (2960 X 1440)이니 60Hz의 주사율이라면 1/60/2960 해서 한개 픽셀이 유지하는 구동 시간이

에 불과한 엄청나게 짧은 시간동안 꺼졌다 켜졌다를 반복함을 알 수 있습니다. 

 

따라서 완벽하게 플리커링이 없는(Flickering Free) 디스플레이는 사진밖에 없습니다. 그러면 왜 LCD를 사용하는 아이폰이나(아이폰X는 제외) 다른 모니터들에서는 플리커링이 보이지 않는데 '왜 유독 아몰레드를 사용하는 갤럭시에서 특히나 심한 플리커링이 나타느냐'라고 반문 할 수 있습니다. 

 

먼저 플리커링이 일어나는 현상을 다시한번 자세히 살펴보면 다음과 같은 사실이 나타납니다.

1. 대각선으로 플리커링이 일어난다.

2. 저휘도에서 더 심해진다.

 

이 두가지 사실을 발견할 수 있습니다. 그런데 사실 인터넷에 떠돌아 다니는 번인을 예방하기 위해서 플리커링이 발생하는 것이 아닙니다. 번인을 예방하기 위한 방법은 시간에 따라서 조금씩 픽셀을 이동시키는 방법이지 그 짧은 시간동안 깜빡이는 플리커링을 이용할 필요도 없고 특히나 OLED 소자 수명에 큰 영향을 주지도 않는 저휘도 구간에서 플리커링을 심하게 발생시킬 이유가 없습니다.

 

또한 대각선으로 플리커링이 일어나는 원인은 위에서 설명드린대로 데이터, 스캔라인이 이미지를 구현하는 방향이 결국 대각선으로 일어나기 때문입니다. 스캔은 위에서 아래로 데이터는 좌에서 우로 이동하며 이미지를 표현하기 때문에 플리커링은 대각선으로 발생합니다.

 

그리고 번인방지를 위해서 플리커링을 발생시켰다면 고휘도 영역에서 오히려 심하게 플리커링을 발생시켜야 하는것이 논리적으로 맞습니다. 그러면 아몰레드의 플리커는 왜! 도대체 무엇을 얻으려고 발생하는 것일까요? 위 두가지 현상은 모두 OLED가 전류구동방식이기 때문에 일어나는 현상입니다. 응? 이게 무슨 소리야라고 질문이 나오실것 같아서 준비했습니다.

 

<사진3. OLED, LCD의 구동방식 차이>

 

사진3을 보시면 OLED와 LCD의 구동방식 차이에 대해 간단히 비교해보았습니다. OLED는 전자와 정공이 실제로 이동해서 발광시키는 방식을 사용하므로 전자가 이동했다는 것은 전류의 생성이 필요하다는 것이기 때문에 전류구동방식이 되고 LCD는 전자나 정공이 이동하는 방식이 아닌 전기장만 액정(Liquid Crystal)에 생성시켜 구동하는 방식이므로 전압구동방식이라고 합니다. 

 

이 두가지 방식의 차이가 극명해지는 것은 바로 이미지를 구현할 때에 발생합니다. 아래 그림을 보시면 이해가 빠르게 되실 겁니다.  

 

<사진4. OLED, LCD의 고휘도, 저휘도에서의 회로 구동 비교>

 

위 그림을 간단히 설명하자면 규칙적인 사각형 파형은 회로에서 픽셀이 ON되면 가해지는 전압과 전압이 인가됨에 따라 회로 축전기에 채워지는 전하용량을 뜻합니다. OLED 고휘도의 경우에는 전압이 강하게 걸리기 때문에 필요한 전하를 빠른 시간내에 충분히 공급받습니다. 따라서 이상적인 회로 구동시간을 확보할 수 있게 됩니다. 그러나 OLED의 경우 휘도 즉, 밝기가 낮은 경우에 높은 전압이 걸리면 안되므로 전압이 약하게 걸리게 되는데 이때 문제가 발생합니다. 

 

바로 픽셀이 구동하는 시간은 짧게 정해져 있는데 반하여, 전압이 약하게 걸리므로 축전기에 필요한 용량을 채우지 못하게 됩니다. 그 상태에서 소자가 구동하면서 전하용량을 소모하므로 소자가 OFF되는 시간이 회로적으로 의도한 시간보다 짧게 됩니다. 위 그림은 물론 극단적으로 표현하였지만 실제로 회로에서 필요한 시간을 채우지 못하면 원래 구현하려 했던 화면보다 OFF 시간이 조금씩 길어지므로 깜빡깜빡하며 플리커링이 일어나게 됩니다. 

 

이러한 이유로 고휘도에서는 일어나지 않아보이던 플리커링이 저휘도에서 더 크게 보이게 됩니다. 반대로 LCD는 고휘도나 저휘도나 항상 백라이트(Back Light Unit)이 같은 밝기로 켜있는데다가 전압구동이기 때문에 전하를 소모하지 않으므로 회로가 의도한대로 전압을 가해주면 액정이 전기장에 의해 움직이면서 밝기를 조절하게 됩니다. 

 

그러면 어떻게 이 플리커링을 해결할 수 있을까요? 지금으로서는 쉽게 해결될 일이 아니라고 생각합니다. 현재 OLED 소자 기술상 문턱전압(Threshold voltage)이 매우 낮은 2V정도면 발광이 시작되는데 이 정도로 낮은 전압은 회로들의 문턱전압을 겨우 걸칠만큼 낮은 전압입니다. 그러면 'OLED의 문턱전압을 높이면 되지 않습니까?' 라고 생각할 수도 있지만 모바일 기기의 전압값을 올려버리면 배터리 소모량이 커지기 때문에 이러지도 못하고 저러지도 못하는 상황인듯 합니다.

 

그런데 현재 해결하기 어려운 이 플리커링이 과연 정말로 눈건강에 좋지 않은 것일까요? 저는 아니라고 봅니다. 우리 눈은 60Hz이상의 플리커링을 잘 구분해내지도 못할 뿐더러 현재 형광등이나 LED의 플리커링도 비슷한 수준입니다. 플리커링이 눈이 좋지 않다고 언급하는 블로그들을 보면 대부분이 플리커프리 기술이 적용된 조명 회사 블로그들이나 플리커가 문제가 된다고 기술해놓고 실상은 청색광의 문제를 언급해놓은 자료들을 링크해놓은 경우가 대부분입니다. 

 

사실 청색광문제에 대해서는 나중에 다룰 예정이지만 실제로도 눈건강에 문제가 있는건 사실입니다만 플리커링이 눈건강에 영향을 미친다는 것은 아직 연구가 더 필요하고, 유해성이 쉽게 검증되기 어려울만큼 실제적인 상관관계를 보여주지 않고 있습니다. 따라서 플리커링이 나타난다고 좋을것은 없지만 이 정도 수준의 플리커링은 큰 문제로 삼을만큼 이슈거리는 아닌 것 같습니다.

 

정리를 하자면 

1. OLED 플리커링은 번인회피 기술이 아니다.

2. OLED 플리커링은 OLED 전류구동에 의해 일어난다.

   따라서 저휘도 구간에서 더 심하게 나타나 보인다.

3. 플리커링의 유해성은 아직 확실히 검증되지 않았다.

가 되겠습니다.

 

플리커링을 맨눈으로 보고 구분할 수 있는 사람들을 제외하고는 그냥 그런현상도 있구나하고 사용하시면 될 듯합니다.

 

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위 포스팅은 2018년 당시 5년 전 글로서,

PWM에 의한 플리커링 내용과 아이폰 14의 플리커링 문제를 다룬 글을 새로 업데이트했습니다.

 

아이폰14 플리커링.. 눈 피로 호소 급증, 왜 이럴까?