Refresh Rate vs. Frame Rate

우리가 쓰는 고성능 게이밍 모니터는 144Hz, 240Hz만 되어도 "엄청 부드럽다"라고 말한다.그런데 LED 전광판(Signage)이나 옥외 광고판의 스펙은 1920Hz, 3840Hz, 심지어 7680Hz라는 높은 주사율을 갖는다. 단위가 Hz로 같으니 사람들은 "LED가 LCD보다 수십 배 더 부드러운가?"라고 오해하기 쉽다.
하지만 결론부터 말하면 두 숫자는 Target이 완전히 다르다. 오늘은 디스플레이 엔지니어링 관점에서 이 숫자의 의미와, 왜 LED는 이렇게 미친 듯이 깜빡여야 하는지 그 하드웨어적인 이유를 정리해 본다.

0. Driving Method

우선 용어의 정의부터 명확히 하고 넘어가자. 두 디스플레이는 구동 방식(Driving Method) 자체가 다르다.
1) LCD (모니터, TV) : Frame Rate

• 의미: 그래픽 카드(Source)에서 보내주는 영상 프레임이 1초에 몇 번 바뀌는가.
• 구동: Hold-Type Display. 백라이트는 계속 켜져 있고, 액정(Liquid Crystal)이 움직여 빛을 투과하거나 차단하며 이미지를 유지한다.
• 수치: 60Hz, 144Hz 등.

2) LED (전광판) : PWM Refresh Rate

• 의미: Driver IC가 LED 소자를 1초에 몇 번 껐다 켰다(Switching) 하는가.
• 구동: Impulse-Type Display. 실제 입력되는 영상 소스(Video Source)는 보통 60Hz다. 하지만 Driver IC가 그 1프레임(약 16.6ms) 안에서 LED를 수천 번 쪼개서 깜빡이게 만든다.
• 수치: 1920Hz, 3840Hz(Mainstream), 7680Hz 등.

즉, LED 스펙의 3840Hz는 '그림이 바뀌는 속도'가 아니라 '전구가 깜빡이는 속도'를 의미한다.

1. 그렇다면 LED는 왜 그렇게 높은가?

그렇다면 왜 LED는 LCD처럼 계속 켜놓지 않고(Hold), 굳이 3840번이나 껐다 켰다를 반복할까? 여기에는 두 가지 공학적 이유가 있다.
 

① 색감 유지를 위한 PWM Dimming 

 
LED는 전압이나 전류를 낮춰서 밝기를 줄이면 파장이 변해 색이 틀어지는 특성(Color Shift)이 있다. 예를 들어 Red LED의 전류를 낮추면 색좌표가 이동해 핑크빛이나 주황빛이 돌게 된다.
그래서 정확한 색을 내기 위해서는 '정격 전압으로 100% 켰다가, 0%로 완전히 끄는 것'을 반복하는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 사용해야 한다.

• 밝은 화면: 켜짐(Duty High)
• 어두운 화면: 꺼짐(Duty Low)

 

② 하드웨어 구조의 한계:

 
Scan (Multiplexing) LED 전광판은 수십만 개의 픽셀을 가진다. 이걸 1:1로 제어하려면 Driver IC 비용과 배선이 감당이 안 된다. 그래서 Scan(Mux) 방식을 쓴다. 예를 들어 1/32 Scan이라면, 전체 화면을 32개 라인으로 나눠서 순차적으로 켠다. 즉, 물리적으로 내 라인은 전체 시간의 1/32밖에 켜질 기회가 없다.
 
Scan이 늘면, 동일한 시간 속에서 한 Scan에 할당할 시간이 줄기 때문에 동일한 주사율에 비교적 어두운 출력이 나온다는 것이다.