디스플레이
향상된 사용자 경험, 더 크고 새로워진 디스플레이 내장 그리고 구형 세그먼트 디스플레이를 저해상도 및 고해상도 디스플레이로 교체함으로써 제품이 더욱 다채로워지고 있습니다.
이 챕터에서는 임베디드 GUI 제품에 사용할 디스플레이를 선택할 때 고려해야 할 사항을 중점적으로 알아보겠습니다.
다양한 유형의 디스플레이
Note
디스플레이 예시
디스플레이의 핵심 요인이 각기 다르기 때문에 적합한 디스플레이 기술을 선택하기가 쉽지 않습니다. 다음 챕터에서는 올바른 선택을 하는 데 도움이 되도록 다양한 기술들을 개략적으로 살펴보겠습니다.
각 유형의 디스플레이는 내/외부 디스플레이 컨트롤러와 프레임 버퍼용 RAM을 가지고 있으며 서로 다른 방식으로 구동이 가능한 픽셀의 행과 열로 구성되어 있습니다. GUI에서 변경사항이 있을 때만 업데이트가 진행되기 때문에 빈번한 업데이트를 필요로 하지 않는 기술이 있는 반면에 각 픽셀을 수시로 업데이트해야 하는 기술도 있습니다.
아주 다양한 디스플레이 기술들이 출시되어 있는데, 그중 가장 많이 사용되는 디스플레이 기술들을 소개하면 다음과 같습니다.
LCD-TFT
TFT는 Thin-Film-Transistor 의 약자로, 액티브 매트릭스가 있는 LCD 디스플레이의 변형입니다. LCD-TFT는 해상도, 크기, 인터페이스, 가격대 등이 다양하므로 임베디드 제품에 널리 사용됩니다.
TFT-LCD의 변형 제품으로는 TN 패널과 IPS 패널이 있습니다. IPS TFT-LCD 제품에는 STM32F769 DISCO와 STM32H747 DISCO가 있으며, 두 패널 모두 800*480 MIPI-DSI TFT IPS LCD 디스플레이를 실행합니다. TFT-LCD TN 디스플레이에는 STM32F746G DISCO와 STM32H7B3I-DK가 있습니다. 두 기술 모두 다양한 품질의 제품이 출시되어 있고 색상 표현과 시야각에서 약간의 차이가 있을 수 있지만 IPS 패널이 주로 성능이 좋습니다.
LCD-TFT 계층 예시
MIP
MIP는 Memory In Pixel의 약자로, 화면에서 변경이 있을 때만 전원/데이터가 필요한 픽셀 기술을 사용합니다. MIP 디스플레이는 저전력 제품으로, 저색상부터 풀 컬러까지 모든 GUI를 실행합니다.
ePaper/eInk
eInk 디스플레이는 저색상 디스플레이로, 전력 소비가 적고 시야각이 넓으며 가독성이 높은 애플리케이션에 가장 적합합니다. TouchGFX 의 개발 파트너인 SDATAWAY에서는 STM32F412에서 TouchGFX 애플리케이션을 실행하는 eInk 디스플레이를 시연하고 있습니다. (https://www.touchgfx.com/cases/e-ink/ 참조).
E-Ink
디스플레이 인터페이스 개요
디스플레이는 다양한 인터페이스를 통해 MCU에 연결됩니다. 디스플레이 인터페이스는 매개변수에 따라 다릅니다. 아래 섹션에서는 필요한 핀의 개수나 갖가지 해상도를 지원하는 최대 대역폭과 같은 그래픽 관련 매개변수에 대해 살펴봅니다.
TouchGFX는 모든 디스플레이 인터페이스를 사용할 수 있으며, STM32 마이크로컨트롤러는 Motorola 6800, Intel 8080, SPI, RGB-TFT 및 MIPI-DSI에 연결되는 디스플레이 인터페이스를 다양하게 제공합니다.
| 인터페이스 | 핀 개수 | 목표 해상도 | 최대 대역폭 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|---|---|
| SPI | 4* | 최대 480*272 | 16 MHz | I2C보다 빠른 간단한 하드웨어 인터페이스, | |
| 병렬 8080/6800 (FMC) | 8/16* | 최대 480*272 | |||
| RGB-TFT (LTDC) | 8/18/24* | 최대 1280*800 | 고성능, 낮은 비용 | 많은 핀 개수, 병렬 통신은 EMC 문제를 일으킬 수 있으며 더 높은 클록 주파수가 필요할 수 있음 | |
| MIPI-DSI (LTDC) | 4/10 | 최대 1280*800 | 80Mbps ~ 1.5Gbps | 고성능, 적은 핀 개수 | 복잡한 프로토콜 및 드라이버 |
| LVDS** | 1366*768 | 낮은 EMC/간섭, 빠른 속도 | 브리지 필요함 |
- 터치, 전원, 제어 신호 등을 위해 별도의 핀이 필요할 수 있습니다.
- ** LVDS 디스플레이와 연결하려면 브리지가 필요합니다.
밝기 및 백라이트
밝기는 주로 cd/m² 단위로 측정됩니다. 백라이트는 디스플레이에서 전력 소모가 가장 큰 부분입니다. 햇빛에서는 600cd/m² 정도가 필요합니다. 밝기를 높이게 되면 온도가 높아져서 LED의 수명이 줄어듭니다.
시야 위치 및 색 반전
디스플레이를 제품에 내장할 때는 사용자가 가질 수 있는 시야 위치를 예상 및 파악하는 것이 중요합니다. 일부 디스플레이의 경우 특정한 시야 위치에서 색 반전이 일어날 수 있습니다. 즉, 사용자가 그래픽 디자이너에 의해 디자인된 정확한 색상을 보면서 GUI를 운용하고 경험할 수 있도록 올바른 위치에 디스플레이를 설치하는 것이 까다로울 수 있습니다.
TN 패널에서는 색 반전이 일어날 수 있습니다. SWV 필름을 추가하면 시야각을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.
시야 위치에 따라 달라지는 색상
디스플레이 수명(lifetime)
수명(lifetime)이란 디스플레이가 25도에서 절반 밝기에 도달할 때까지의 시간으로 정의됩니다. 제품의 라이프 사이클(life cycle)이 긴 경우에는 이 매개변수를 반드시 고려해야 합니다.
픽셀 밀도
픽셀 밀도는 인치 또는 평방 인치당 표시되는 픽셀의 수로 정의됩니다. 적합한 픽셀 밀도는 최종 사용자의 기대치, 환경, 디자인 요구사항 등에 따라 달라집니다. 이런 점을 고려해 볼 때 고사양 휴대폰은 6.1인치 2340x1080에서 제곱 인치당 픽셀 밀도가 178,500인 반면, 일반적으로 사용되는 5인치 TFT 디스플레이는 800x480에서 제곱 인치당 픽셀 밀도가 34.816입니다.
저/중/고 픽셀 밀도
제곱 인치당 픽셀 단위로 측정되는 일부 표준 해상도, 디스플레이 크기 및 픽셀 밀도(PPI2):
| QVGA 320*240 | 2.4” (27,777 PPI2) | 3.5” (13,061 PPI2) |
| WQVGA 480*272 | 4,3” (16,462 PPI2) | 5” (12,175 PPI2) |
| HVGA 480*320 | 3.5” (27,167 PPI2) | |
| VGA 640*480 | 5,7” (19,698 PPI2) | 6.4 (15,625 PPI2) |
| WVGA 800*480 | 4” (54,400 PPI2) | 5” (34,816 PPI2) |
| WSVGA 1024*600 | 7” (28,746 PPI2) | 10,1” (13,808 PPI2) |
일부 애플리케이션의 경우 디스플레이를 아주 자세히 살펴보지 않는 한은 그 차이를 식별하기 어렵습니다. 픽셀 밀도의 예로 STM32F476DISCO(16,462 PPI2)와 STM32F769DISCO(54,400 PPI2)가 있습니다.
위에 나와 있는 여러 픽셀 밀도는 경우에 따라 동적 색상 범위와 안티 앨리어싱에 영향을 줄 수 있습니다.
동적 색상 범위
동적 색상 범위는 흑색 및 백색과 같이 대조되는 두 색상 간의 비율입니다. 위의 예에서 파란색과 흰색에는 다른 수준의 흰색과 파란색이 포함되어 있습니다. 왼쪽 그림은 픽셀 밀도가 낮고 오른쪽 그림은 표현되는 모든 색상을 보여주기 위해 많은 픽셀을 가지고 있어 다른 색상과 가장자리 사이의 전환이 더 부드럽습니다.
안티 앨리어싱
픽셀 밀도가 너무 낮으면 계단 효과가 나타날 수 있습니다. 애플리케이션에서 안티 앨리어싱을 사용하면 이미지에서 이러한 계단 효과가 나타나는 가장자리를 매끄럽게 할 수 있습니다. 처음 두 개의 파란색 원을 보면 계단 효과가 나타난 것을 알 수 있는데, 이는 픽셀 밀도로 인해 디스플레이에서 픽셀을 충분히 표현할 수 없기 때문에 안티 앨리어싱을 충분히 적용할 만큼 색상 범위를 폭넓게 적용하지 못하기 때문입니다.
안티 앨리어싱
환경
환경은 사용할 디스플레이를 결정할 때 반드시 고려해야 할 요인입니다. 다음과 같은 사항을 자문해봐야 합니다.
- 디스플레이가 직사광선에 노출되는가?
- 충격에 강해야 하는 거친 환경에서 사용되는가?
- 장갑을 끼고 취급하고 있는가?
- 파손 방지가 필요한가?
- 물리적 버튼으로만 작동되고 있는가?
이러한 질문에 답하다 보면 어떤 터치 기술이 적합한지, 더 나아가 터치 기술 자체가 필요한지 여부를 잘 판단할 수 있습니다.
Note
터치식/비터치식 디스플레이
현재 감압식, 정적식(표면형, 투영형), SAW 터치식, 적외선 터치식 등 다양한 터치 기술이 출시되어 있습니다. 이 섹션에서는 이러한 기술들 중 일부만 살펴보겠습니다.
정전식 터치
가장 인기 있는 터치 기술 중 하나로, 아래와 같은 두 가지 센싱 기술로 구현됩니다.
- 한 손가락으로 터치할 수 있는 자체 정전식 터치 기술
- 멀티 터치를 지원하지만 물이나 습기에 노출되면 터치 감도가 떨어지는 상호 정전식 터치 기술(TouchGFX에서는 멀티 터치가 지원되지 않음)
STM32H7B3I DISCO, STM32H750 DISCO, STM32F746G DISCO와 같이 대다수의 STM32 DISCO 보드들은 정전식 터치 기술을 사용하고 있습니다.
감압식 터치
감압식 터치는 기계식 압력으로 동착하는 간단한 기술이며 ADC나 간단한 터치 컨트롤러만을 필요로합니다. 기술 성숙도로 인해 가격이 저렴합니다. 표면이 긁힘과 마모에 더 잘 보호되기 때문에 파손 방지가 더 어려우며 태양광 아래 가독성이 더 낮습니다. STM32F429 DISCO 보드는TouchGFX 애플리케이션에서 지원되는 감압식 터치를 사용합니다.
비터치식
GUI가 버튼으로 제어되어 이미지/비디오만 표시되거나 다른 장치를 통해 외부에서 제어되는 경우에는 제품에 터치 기술을 추가할 필요가 없습니다. 디스플레이에 터치 계층을 추가하지 않으면 가격이 낮아집니다.
RAM 내장 디스플레이
Motorla 6800, Intel 8080, SPI 또는 MIPI-DSI 인터페이스가 포함된 디스플레이에는 보통 하나의 전체 프레임 버퍼의 크기를 가지는 RAM(GRAM)이 내장되어 있습니다. 이러한 유형의 디스플레이는 SPI, FMC 또는 DSI-호스트(LTDC)를 통해 MCU에 연결할 수 있습니다. 두 번째 RAM(프레임 버퍼)은 디스플레이 RAM 외부에 있어야 합니다(MCU 또는 외부 RAM).
MIPI-DSI 디스플레이
프레임 버퍼를 저장하기 위한 외부 RAM(MCU 외부)이 필요하지 않고 MCU에서 내부 RAM이 사용되는 경우도 있습니다. MCU RAM이 하나의 전체 프레임 버퍼 크기 보다 작은 경우, 허용하는 프레임 버퍼 점유량이 매우 적은 TouchGFX 부분 프레임 버퍼 기능을 사용하는 것도 한 방법입니다.
Further reading
SPI 디스플레이
비(Non)정사각형 픽셀/픽셀 종횡비
가장 일반적인 픽셀 모양은 정사각형이지만 일부 디스플레이는 정사각형이 아닌 픽셀을 사용합니다. 픽셀 비율은 픽셀 너비와 픽셀 높이 간의 비율입니다. 따라서 너비가 100 픽셀이고 높이가 100 픽셀인 정사각형 픽셀을 사용할 경우 종횡비는 1/1이 됩니다. 그러나 정사각형이 아닌 픽셀은 픽셀 종횡비가 달라집니다. 그래픽 디자이너가 이를 고려하지 않으면 비트맵이 아래 예시와 같이 확장될 수 있습니다.
확장된 비트맵
커버 렌즈
디스플레이는 내장형 GUI 제품의 얼굴이므로, 커버 렌즈를 추가하면 외관과 느낌을 개선할 수 있습니다. 커버 렌즈로 디자인, 긁힘 방지, 충격 강도, 색상 등을 개선할 수 있습니다.