OLED? mini-LED? 디스플레이의 고민, 어쩔티비?

OLED? mini-LED? 디스플레이의 고민, 어쩔티비?

대학생신재생에너지기자단 20기 김지원

 

[디스플레이 기술의 역사]

 디스플레이는 데이터를 시각적으로 표현하는 장치를 말하며, 1884년 독일의 기술자 폴 닙코(Paul Nipkow)가 최초의 기계식 디스플레이 장치를 만든 이후 종이처럼 접거나 휠 수 있는 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)가 상용화된 지금까지 수많은 발전을 거듭해왔다. 디스플레이의 역사 속엔 대표적으로 1세대 디스플레이인 CRT(Cathode Ray Tube)와 2세대 디스플레이인 FPD(Flat Panel Display)가 있다.

[자료 1. 브라운관 TV]

출처 : computer shoper

 최초의 디스플레이인 CRT(Cathode Ray Tube)는 ‘브라운관 TV’로 잘 알려져 있으며, 아날로그 신호를 이용해 음극선을 조정하여 전자총에서 나온 전자가 유리에 발라져 있는 형광물질을 때리면서 화면을 만들어내는 원리로 작동된다. CRT는 1900년대 후반부터 2000년대 초반까지 대부분의 TV 디스플레이를 담당했지만, FPD (Flat Panel Display)의 시대가 찾아오며 이제는 ‘빈티지 인테리어 소품’ 중 하나로써 역사 속으로 사라지고 있다.

 CRT의 뒤를 이어 등장한 대표적인 FPD 중 하나인 LCD(Liquid Crystal display)는 백라이트에서 나온 빛이 편광 구조를 가진 액정을 통과하고 모니터 전면의 편광판을 지날 때, 이 편광 구조를 제어함으로써 투과도를 조절하여 원하는 영상을 만들어내는 원리로 작동된다. LCD는 무게가 가볍고 얇기 때문에 아무 데나 쉽게 배치할 수 있는 장점이 있어 금방 CRT를 대체했다. 그러나 어두운 영상을 표시할 때도 백라이트는 그대로 켜 둔 채 편광판을 조절해 빛을 가로막는 방식으로 검은색을 구현하므로 명암비와 색 재현력에 한계가 있고, 전력 효율이 떨어지는 단점이 있다.

그렇다면 LCD를 대체할 기술로 각광받고 있는 차세대 디스플레이 기술엔 무엇이 있을까?

[차세대 디스플레이 기술]

[자료 2. OLED 구조]

출처 : Tech Briefs

 첫 번째로는 OLED(Organic Light Emitting Diodes: 유기 발광 다이오드)가 있다.

 OLED는 형광성 유기화합물을 기반으로 한 발광 소자의 일종으로, LCD와 달리 자체적으로 빛을 발산할 수 있기 때문에 백라이트를 필요로 하지 않는다. 그렇기에 비교적 얇게 설계할 수 있으며 무게가 가볍고, 야외에서도 좋은 가독성을 제공한다. 또한 스스로 빛을 내다보니 어두운 영상을 표시할 때는 아예 소자를 꺼서 좋은 명암비와 색 재현력을 나타낼 수 있으며, 소자의 전력 소모가 줄어들어 실 사용 환경에서 전력 효율도 높다. 그러나 아직 개발된 발광 소자의 수명이 짧아서 같은 색을 오랫동안 노출시키면 번인 현상이 일어나 눈에 보이는 얼룩이 남게 된다. 재료로 사용되는 유기 화합물이 시간이 지나면 필연적으로 변질되는 데다, 열에도 취약하기 때문이다. 또한 RGB 중 적색, 녹색과 달리 인광이 아닌 형광 재료가 사용되며 고색 순도의 청색 발광 고분자의 개발이 부진한 상황이다.

[자료 3. mini-LED와 micro-LED]

출처 : samco partners in progress

두 번째로는 mini-LED가 있다.

 mini LED는 LCD의 한 종류로, LCD 백라이트에 들어가는 LED의 크기를 줄인 디스플레이를 말하며 기존 LCD 패널의 단점인 명암비를 개선하기 위해 개발되었다. 이는 2019년 Apple에서 mini LED를 포함한 디바이스 출시 계획을 밝히며  본격적으로 주목받기 시작했고, 관련 개발이 더욱 가속화되고 있다. mini Led 제품들은 기존 LCD 제품에 비해 얇은 두께, 낮은 전력 소모, 화질 개선 등을 이루어내긴 했지만, 기본적으로 백라이트만 개선된 LCD로서 LCD 기반 기술의 치명적 문제인 응답 시간문제를 해결할 수 없다. 그렇기에 수백만 개의 픽셀을 개별적으로 제어하는 OLED에 대적하기 어렵고, 백라이트 LED를 촘촘히 박아 넣어야 하기 때문에 가격적인 면에서도 경쟁력이 높지 않다.

세 번째로는 micro-LED가 있다.

Micro LED는 기존의 mini LED의 1/10 수준의 크기인 초소형 LED를 이용한 디스플레이를 말하며, 액정 없이 LED 자체가 발광하기 때문에 명암비, 응답속도, 색 재현율, 시야각, 밝기, 최대 해상도, 수명 등 거의 모든 부분에서 기존 LED 백라이트 액정 디스플레이보다 우수한 성능을 가지고 있다. 그러나 현재의 기술로는 대량 생산에 한계가 크고 가격적인 문제로 인해 상용화가 어려운 상황이다.

위에서 소개한 3가지의 차세대 디스플레이 말고도 삼성디스플레이에서 개발 중인 퀀텀닷 컬러 필터와 청색 발광원을 이용한 QD-OLED(Quantum Dot-OLED), 나노 LED 발광원에 퀀텀닷 소재를 적용한 QNED 등 크고 얇으면서도 선명한 화질이 보장된 디스플레이 기술을 위한 다양한 개발이 이루어지고 있다.

[디스플레이 기술 속 친환경]

 이렇게 기술 개발이 다양하게 이뤄지는 디스플레이 산업 속에도 친환경을 위한 움직임이 존재할까?

 최근 세계적으로 기후변화와 환경오염 등의 문제를 해결하기 위한 친환경 정책과 기술 도입에 대한 관심이 증가하면서 자원의 낭비를 억제하고 친환경 제품을 소비하려는 윤리적인 소비자가 증가하고 있다. 그리고 이에 따라 기업에게도 환경보호와 사회적 책임을 요구하는 시장의 목소리가 커지고 있는 만큼, 민감한 기술 개발 시장을 가진 디스플레이 산업 속에도 친환경 기술을 도입하기 위한 노력이 시작되고 있다.

[자료 4. Eco-product index]

출처 : SGS eco product

 한 예로, 국내 디스플레이 산업을 주도하는 삼성 디스플레이와 엘지 디스플레이는 ‘ECO OLED’ 상표를 출원하고, 자체 친환경 평가 지수인 ‘Eco Index’를 도입해 친환경 생산 활성화를 위해 노력 중이다. 친환경 OLED 기술을 통해 성능을 향상시키기 위해 사용되는 카드뮴(Cd)과 인화 인듐(InP) 대신 자체 발광 소자인 OLED를 사용함으로써 환경 유해 물질 사용을 줄였으며, LCD 백라이트에 쓰이는 플라스틱 기반의 부품 수를 절감하며 자원 효율성과 재활용성을 높였다. 또한, 어두운 화면에 흰 글자를 나타내는 사용자 인터페이스 디자인인 ‘다크 모드’를 사용하면 픽셀 사용량을 줄여 에너지 전력 소모를 줄일 수 있도록 만들었으며, 편광판 대신 외광 반사를 막아주는 패널 적층 구조를 개발하여 빛 투과율을 33% 높이며 패널의 소비전력을 최대 25%까지 절감하였다.

[국내 디스플레이 기술의 개발 전망 및 기대]

 한국의 디스플레이 산업은 반도체 산업과 함께 전 세계 기술 및 시장을 선도하는 산업 중 하나로, 2004년 이후 현재까지 세계 시장점유율 1위를 유지 중이다. 한국은 최근 중국의 대규모 양산에 따른 LCD 과잉공급에 대응하고자 LCD에서 OLED로 주력사업 전환을 진행 중이며, 이에 멈추지 않고 플렉시블 OLED, mini-LED, micro-OLED, QD-OLED 등 다양한 형태의 제품을 시장에 선보이고 있는 중이다. 그러나 현존하는 디스플레이 기술과 새롭게 개발되고 있는 기술 모두 가지고 있는 한계가 분명해 지속적인 기술 개발 연구가 필요하며, 다양한 기술 중 제품별로 가장 효율적인 디스플레이 기술을 채택하는 것이 중요하다. 또한, 중국 정부가 디스플레이, 반도체 등 대부분 수입에 의존하던 전자부품을 자국내에서 자급자족하겠다는 전략을 내세우며 주요 IT 업체에 막대한 자금을 투자하면서 디스플레이 시장 점유율을 계속해서 높이며 경쟁이 치열해지고 있다.

 현재 디스플레이 산업 안에는 앞으로 더 보완해 나가야 할 기술적인 한계뿐만 아니라 시대의 흐름에 맞춰 함께 신경 써야 할 다른 조건들도 무수히 많다. 이러한 상황 속에서 우리나라의 수출 경쟁력을 계속해서 유지하기 위해서는 정부 및 산학연의 연계 강화가 필요하며, 연구개발 투자 확대를 통해 새로운 부가가치를 창출할 필요가 있다. 더하여, 친환경 기술을 도입하기 위한 기업의 지속적인 노력도 필요할 것이다.

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Micro-LED 에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "에너지 소비절감과 micro-LED", 작성자(13기 문한태), https://renewableenergyfollowers.org/2517

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참고문헌

[디스플레이 기술의 역사]

1) "CRT", 시사 상식 사전, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=74461&cid=43667&categoryId=43667

2) "LCD", 두산백과, https://www.doopedia.co.kr/doopedia/master/master.do _method=view&MAS_IDX=101013000835329

[차세대 디스플레이 기술]

1) 윤상호, "[IT클로즈업] QLED·OLED·미니LED·마이크로LED TV, 차이점은?", 디지털데일리, 2020.12.14, https://n.news.naver.com/article/138/0002096085

2) "OLED", 용어로 보는 IT, 2011.02.08, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3571212&cid=59088&categoryId=59096

[디스플레이 기술 속 친환경]

1) 김병덕, "삼성디스플레이, 저전력·친환경 스마트폰 OLED 패널 개발", 파이낸셜뉴스, 2021.08.16, https://www.fnnews.com/news/202108161817148376

2) LG디스플레이 디플, 네이버 포스트, "LG디스플레이 OLED의 모든것 2탄_친환경 디스플레이", 2021.03.08, https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=30847426&memberNo=10728965

[국내 디스플레이 기술의 개발 전망 및 기대]

1) 이동기, "디스플레이산업을 둘러싼 환경변화와 시사점", 산업은행, 22p, 2021.10

2) 이재민, "[TECH웨이브] 디스플레이 시장 동향과 전망", 테크월드, 2021.08.02, https://www.epnc.co.kr/news/articleView.html?idxno=213221#:~:text=%EA%B8%80%EB%A1%9C%EB%B2%8C%20%EC%8B%9C%EC%9E%A5%EC%A1%B0%EC%82%AC%EC%97%85%EC%B2%B4%EC%9D%B8,%EC%97%90%20%EB%8B%AC%ED%95%A0%20%EA%B2%83%EC%9C%BC%EB%A1%9C%20%EC%98%88%EC%83%81%EB%90%9C%EB%8B%A4.