‘보이는 것이 믿는 것이다’라는 속담이 있다. 하지만 오늘날의 산업용 애플리케이션에서, 보는 것은 그 이상이 돼버렸다. 휴먼 머신 인터페이스(HMI)는 시각적인 정보의 표현을 포함하므로, 이것이 고도로 맞춤화된 산업용 컴퓨터와 독립형 산업용 모니터에서 고휘도의 디스플레이에 대한 수요가 많아지는 가장 큰 이유이기도 하다.
이러한 디스플레이는 운송, 의료, 군사, 반도체 및 기타 현장에서 다양한 작동을 위해, 제곱미터당 또는 니트(Nit)당 최소 350칸델라(Candelas)의 밝기를 낸다. 이러한 산업용 애플리케이션을 위해 LCD(Liquid Crystal Displays)는 최선의 선택이다. LCD는 고휘도를 지원하며, 시야각 요구조건을 충족하고, 다양한 크기의 디스플레이 및 마운팅 옵션을 제공한다. 가격은 현재 제조기술이 발전하고, 제조량이 증가하면서 계속 떨어지고 있다. 또한, 반투과반사형(Transflective) 디스플레이와 같이 기술의 진보는 다양한 빛의 조건에서도 더 나은 성능을 발휘하고 있다.
그러나 모든 LCD가 같은 성능을 제공하는 것은 아니다. 산업용 애플리케이션에서, 디스플레이의 크기, 전원 공급, 온-스크린 디스플레이(OSD)의 위치 등과 같은 특징들은 거친 환경에서의 작동을 위한 인증과 함께 고려돼야 하는 부분이다. 이 글에서는 디스플레이 기술 전반적인 내용을 다룰 것이며, 산업용 애플리케이션을 위해서 무엇이 최선의 선택인지를 제시하고, 시장과 기술 동향을 논의하며 끝으로 디스플레이에서 살펴보아야 할 것에 관해 제안할 것이다.
볼 수 없는 것은 컨트롤 할 수 없다!
특히 산업용 애플리케이션에서 소리로 들리는 알람을 제외하고, 사실상 모든 정보는 디스플레이를 통해서 표시되기 때문에 더욱 해당된다. 오퍼레이터가 사양초과에 따른 경고, 공정 레서피 선택을 위한 요청 또는 정보 입력을 위한 요구에 적절히 반응을 할 수 있으므로, 디스플레이는 평범한 작동 과정 중에 만날 수 있는 가상의 어떠한 조건하에서도 판독할 수 있어야 하는 것이 필수적이다.
작업장의 특성 때문에 산업용 디스플레이는 오피스용 디스플레이가 겪지 않는 상황들에 직면하기도 한다. 그 중에서도 산업용 애플리케이션은 종종 밝은 빛이 있는 곳에 자리를 잡게 된다. 예를 들어 군사용 디스플레이는 부분적으로 또는 완전히 태양 아래에서 작동해야 하며, 제트 전투기는 구름이 심하게 낀 날에도 비행을 하기도 한다. 또한 터널을 자주 통과하는 트럭 운송 역시 마찬가지다.
반면 의료 및 반도체 애플리케이션에서는 비상 현장 의료 치료를 제외하고는 햇빛에 노출되지는 않는다. 하지만 수술을 집행하는 경우는 눈부신 밝은 형광등 아래에서 진행하는데, 전체 환경을 어둡게 하면서 동시에 의사의 머리 위 조명은 밝게 조절한다. 즉, 의료 및 반도체 분야에서의 디스플레이는 이상적인 시야 조건보다 더 못한 곳에서 작동한다.
조명 못지않게 고려해야 하는 부분이 시야각이다. 산업용 설치에서, 일반적으로 한 사람 이상이 모니터상의 정보를 주시하게 되는데, 오퍼레이터가 모니터의 다양한 각도에 서서 디스플레이를 판독하는 것이 일반적이므로, 광범위한 시야각이 필요하다.
또한, 산업 환경은 먼지가 많거나 습도가 높을 수 있고, 정도에 따라 다르지만 진동이 존재하기도 하며, 온도 변화의 폭이 크다. 게다가 음료수나 커피, 화학약품 등이 쏟아지는 우발적인 경우 이상의 위험도 있다. 이 때문에 산업용 디스플레이는 먼지, 진동, 극한 온도 그리고 우발적인 물벼락에 견딜 수 있어야 한다.
전형적인 사무실 내에서는 AC 전원을 제공하며, 이는 내부적으로 DC로 작동되는 디스플레이는 내장돼 있거나 외부 제품형태로서의 AC-DC 전원 어댑터를 가지고 있음을 의미한다. 그러나 대부분의 산업용 시설에서 AC 전원은 없으며, 모든 시설이 DC전원을 사용한다. 그러므로 산업용 디스플레이는 DC-DC 전원 옵션을 지원해야한다.
산업용 애플리케이션은 보기에 충분히 밝고, 충분히 넓은 시야각을 가져야 하며, 환경적인 공격에 견딜 수 있어야 하고, DC 전원으로 작동이 가능해야 한다. 또한, 디스플레이는 적절한 크기, 폼팩터 그리고 마운팅 옵션이 지원돼야 한다.
그렇지 않으면 특별한 기구 내에 통합하는 것이 불가능하거나 어려울 수도 있다. 그 외에도 디스플레이는 전력 소비, 작동 및 구매비용, 작동 수명, 그리고 추가적인 특수 용도의 요구조건과 같은 여러 기준을 충족해야 한다.
올바른 화면 디스플레이
주어진 제한 하에서 LCD는 디스플레이 기술의 선택이다. 오늘날의 컴퓨터 모니터는 50~300+니트 범위의 휘도를 가지고 있다. 그에 반해서, LCD의 밝기는 산업용 상황이 가능한 곳에서 필요한 350니트로 더 높은 범위를 갖는다.
본질상 LCD는 빛을 방출하지 않는다. 즉, 빛을 방출하지 않는 픽셀이며, 반사 디스플레이를 위해서 외부의 환경 소스나 전달을 위한 백라이트를 필요로 한다. 이러한 성질 때문에 LCD는 본질적으로 완전한 180도 시야각을 제공하지 않는다. 그러나 제조업체는, 예를 들어 백라이트까지 평행이 아닌 직각으로 액정 크리스털을 맞추거나 LCD 표면상에 광학 필름을 사용하는 것에 의해서 바로 근처까지 근접할 수 있다. 이 기술은 150도 또는 그 이상의 시야각을 산출할 수 있다.
크기와 전력에 방면에서 보면, LCD는 구형의 CRT보다 중요한 장점들을 가지고 있다. LCD는 더 얇고 가벼워서, 랙 마운트, 데스크톱 그리고 월 마운트가 가능하며, 전면이나 후면에 OSD 컨트롤을 배치할 수 있어 상당한 유연성을 제공한다. 다른 평면 패널 디스플레이 기술과 비교해 봐도, LCD는 전력 소모가 적고 6~19인치 이상의 다양한 크기가 있다.
마지막으로 LCD는 평면 디스플레이로부터 나오는 것 이상으로 실제적인 공간 절약을 실현할 수 있으며, 정보를 출력하는 스크린은 터치스크린 기능이 있는 LCD의 조합을 통해서 입력 디바이스로서도 활용할 수 있다. 그러한 스크린은 저항이나 전하의 변화를 통해서 손가락이나 펜의 터치로 감지가 가능해, 오퍼레이터가 메뉴에서 선택을 해야 하는 애플리케이션을 위해서 간단히 선택을 할 수 있다는 것은 HMI에 유연성을 더해 인터페이스의 유용성과 파워를 증가시킬 수 있다.
가격을 낮추다!
이러한 기술적인 장점 및 성능과 더불어, 산업용 애플리케이션에서의 LCD는 더 넓은 시장과 기술 트렌드에서 혜택을 받고 있다. 기술적으로 반투과형 디스플레이의 보급과 같은 디스플레이 구성의 진보는 LCD가 밝은 태양 아래에서부터 거의 완벽한 어두운 곳까지 광범위한 설치에서 사용되는 것이 가능해졌다.
산업용 디스플레이이가 시장에서 차지하는 비율이 아직은 낮기 때문에 가격 동향에 대한 정확한 데이터를 얻는 것이 쉽지는 않지만, 다양한 영역에서 디스플레이의 수치를 수집하는 시장 조사 기관인 Dis playSearch와 iSupply는 오늘날 풀-컬러 모니터의 중심에 있는 박막 트랜지스터인 TFT LCD가 계속해서 가격은 하락하면서 동시에 생산량은 증가하는 분석결과를 보여주고 있다고 밝혔다.
예를 들어, 2005년 10월부터 2006년 10월까지 TFT LCD 총 선적은 10인치 이상이 7,700만대로 29% 증가했다. 하지만 평균 판매 가격은 16% 하락했다. 이 수치들에 숨겨진 여러 가지 다른 동향이 있는데, 그 중 가장 큰 의미를 지닌 것이 디스플레이의 크기가 점점 더 커지고 있다는 것이다. 즉, 산업용 애플리케이션의 실행을 위한 실시간의 데이터, 그래픽, 차트 및 HMI에 표시되는 기타 정보를 동시에 디스플레이하기 위해서이며, 그러한 정보를 10인치나 12인치보다 15인치 디스플레이에서 좀 더 선명하게 볼 수 있다.
조사 기관에 의하면, 2006년도의 디스플레이는 전년도보다 평균적으로 10% 커졌다. 동시에, 디스플레이 면적 비용(LCD 제곱 센티미터당 비용)은 전년도에 비해서 30%가 하락했다. 제품 면적당 비용은 낮고 크기는 커지는 현상은 평균 판매 가격이 왜 하락했는지 이유를 설명하고 있다. 이처럼 LCD 가격은 계속해서 하락할 것이고, 그런 저렴한 디스플레이가 산업현장에 주류를 이루게 될 것이다.
실내용 또는 옥외용
기술발전과 함께 LCD의 성능은 나날이 확장되고 있다. 그 중 한 가지는 반투과반사형 디스플레이가 산업용 시장에 등장하고 있다는 것이다. 가장 오래된 LCD 기술 중의 하나는 액정 크리스털 레이어 뒤에 거울을 놓는 반사를 이용한 접근을 사용했다. 주변의 빛이 레이어를 관통해서 거울에 부딪치고 다시 되돌아오는 것이다. 결과적으로 그러한 디스플레이는 밝은 장소에서의 설치할 경우에는 사용 가능했지만, 그 이외 환경에서는 판독이 매우 어려웠다.
반면에 투과형(Transmissive) 디스플레이는 형광등이나 발광 다이오드(LED)와 같은 광원을 액정 크리스털 레이어 뒤에 놓는 것이다. 이 백라이트(광원)는 주변의 빛에 관계없이 액정 크리스털을 비춰서 실내에서 우수한 화질을 제공한다. 이 기술은 랩톱과 기타 휴대용 디바이스에서 널리 사용되고 있다. 그러나 직접적인 햇빛은 백라이트를 압도해 역시 화면 판독이 어려워진다는 단점이 있다.
이에 반해 반투과반사형 디스플레이는 반사와 투과 조명 둘 다를 결합한 것으로, 액정 크리스털 레이어는 거울을 커버해 이러한 배열로 디스플레이가 모든 조건의 빛에서도 화면을 쉽게 판독할 수 있도록 해준다. 산업용 디스플레이에서 이러한 기술은 직사광 아래에서도 쉽게 화면판독을 가능하게 해준다는 장점을 가진다.
고려 및 제안 사항-엔클로저
현재의 시장, 기술의 상황 그리고 산업용 애플리케이션의 수요를 고려해보면, 어드밴텍은 많은 솔루션을 보유하고 있다. 산업용 부품은 일반 상업용 부품보다 좀 더 견고하고, 더 오랜 수명에 대한 수요가 있다. 그러므로 일반 상업용 제품으로 산업용 애플리케이션에 적용하는 것은 힘들다.
상업용 제품과 동일한 크기의 산업용 디스플레이는 가격 차이가 최대 수백달러까지 날 수도 있으므로, 사용자의 입장에서는 상업용 제품 구매에 마음이 끌리는 것은 당연할지도 모른다. 하지만 수량이 많아지면 그 절감은 실질적으로 손해가 되고 만다. 상용 제품을 산업현장에서 사용하게 되면 자주 오류가 생길 것이고, 이는 상품 교체시기를 앞당기게 된다. 또한, 상업용 제품은 수시로 변화하고 있다는 것도 문제가 된다.
먼지, 습기 및 진동에 내성이 있는 디스플레이는 케이스와 내부 구조의 기능이다. 미국의 전기공업협회(NEMA)와 유럽의 국제전기기술위원회(IEC)와 같은 기관들은 엔클로저에 대한 표준을 정했다. IEC의 규격인 NEMA4 그리고 IP65 이러한 표준들은 장비와 근처에 있는 사용자들이 보호됨을 조건으로 지정하는 것이다.
예를 들어, IP65 표준을 충족하는 엔클로저는 어떠한 위험에 닿을 수 있는 외부의 침투를 허용하지 않으며, 활석 가루(Tal cum Powder)의 크기 이상의 모든 먼지 입자의 투입을 막고, 해로운 영향의 원인이 되는 방식으로 엔클로저 내부로 액체가 들어오는 것을 허용하지 않는다. NEMA4 사양은 부식에 관한 보호 요구조건도 포함한다.
이와 같은 인증은 보통 인증기관을 통해 이뤄지며, NEMA의 경우는 셀프-인증도 가능하다. 따라서 기본적으로 LCD는 엔클로저 자체가 산업용으로 적절하게 설계됐다면, 먼지 및 물의 침투 보호에 대한 요구조건을 만족할 수 있다.
그러므로 어드밴텍은 산업용 애플리케이션을 위해서 설계, 제조됐으며 동시에 NE MA4와 IP65 인증을 모두 획득한 제품을 선택하길 제안한다. 마찬가지로 산업현장의 진동과 충격에도 견딜 수 있어야 한다.
또한, 긴 수명을 가진 디스플레이를 선택하는 것이 필수이며, 수명과 환경적인 내구성의 조합은 디스플레이 내의 고장난 유닛을 교체/제거하면서 그 수명을 유지해 나가는 것을 의미한다.
고려 및 제안사항-전원, 폼팩터, 컨트롤
디스플레이를 보강하기 위해서, 어드밴텍은 산업용 및 제조용 시설에서 일반적으로 볼 수 있는 DC 전압의 범위를 처리하는 DC-DC 전원 어댑터 옵션인 PWR-246을 제공한다. 이것은 18~48VDC를 디스플레이에서 필요한 12V로 변환하는 것이다.
폼팩터에 관한한, 선택된 디스플레이가 무엇이든 애플리케이션에 대해서 정확한 규격이어야 하고 적절하게 마운트돼야 한다. 크기 선택은 활용 가능한 공간에 대한 HMI의 필요를 비교한다. 이상적인 것은 크기가 아니라 대중적인 것이다.
또 고려해야 할 다른 특성들도 있다. 그 중 하나는 OSD 컨트롤의 위치다. 경우에 따라서는 오퍼레이터가 전면에서 액세스 가능하도록 배치해야 하며, 때로는 버튼이 디스플레이의 후면에 배치돼서 일부의 사용자만이 액세스 할 수 있도록 제한을 두기도 한다.
마지막으로 마감재 교체가 가능한지도 중요하다. 예를 들어 디스플레이 테두리(Bezel)는 일반적으로 알루미늄과 같은 하나의 재질로 돼 있다. 그러나 경우에 따라서는 환경적인 조건 때문에 스테인리스 스틸과 같은 마감재 사용이 더 좋을 수 있다. OSD 컨트롤의 위치의 유연성과 마감재의 형태도 디스플레이를 최종 선택하기 전에 고려돼야 하는 부분이다.
고휘도의 디스플레이는 성공적인 HMI를 위한 필수적인 빌딩 블록이다. 단 LCD는 산업용 애플리케이션을 위해서 필요한 밝기, 시야각, 폼팩터, 전원 및 성능의 통합적으로 제공한다. 가격 하락과 함께 기술의 진보는 산업현장에 더욱 적합한 LCD를 만들어 줄 것이다.
