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OLED·QLED·QNED…알쏭달쏭 디스플레이 완전정복

  • 2021.11.21(일) 07:40

[테크따라잡기]
발광 여부 따라 LCD·OLED 구분
퀀텀닷으로 기술 업그레이드
QNED 둘러싼 삼성·LG 신경전

요즘 전자기기는 디스플레이(화면)를 장착한 경우가 많아요. TV와 스마트폰, 태블릿, PC 등은 물론이고 블루투스 스피커, 청소기 등도 디스플레이를 탑재한 제품이 많죠.

하지만 디스플레이에는 종류가 다양해서 소비자들은 뭐가 어떻게 다른지 구분하기 어려울 때가 있어요. 특히 올해 TV시장에서는 LCD, OLED뿐만 아니라 QLED, 미니LED, QNED 등 다양한 기술이 언급되고 있다보니 소비자들은 혼란스럽대요. 이 기술들은 어떤 방법에 따라 작동되고, 어떤 차이가 있을까요? 삼성디스플레이와 LG디스플레이의 뉴스룸을 참고해 알아봤어요.

자체 발광 여부 따라 구분하면?

디스플레이의 종류를 구분하는 방식은 여러 가지가 있어요. 표시 방식에 따라 디스플레이에 직접 내용을 표시하는 '직시형'과 벽면의 스크린이나 유리판에 내용이 비치도록 하는 '투사형'으로 구분하기도 하고요. 소자의 자체 발광 여부에 따라 직접 빛을 내 구현하는 '발광형'과 외부의 빛을 받아 색을 표현하는 '비발광형'으로 구분하기도 해요.

대표적으로 비발광형에는 LCD(액정표시장치)가 있어요. LCD는 외부의 빛(광원)을 필요로 하는 디스플레이예요. 패널 뒷면에서 백색의 빛을 비추는 백라이트유닛이 필요하고, 컬러필터를 통해 색을 구현해요.

LCD는 액정을 핵심 소재로 해요. 액정은 액체와 고체의 성질을 함께 가지고 있는 물질인데요. 액체결정, 줄여서 액정이라고 불러요. LCD 액정구조는 다양한 방식이 있는데요. 가장 기본적인 모델인 TN(Twisted Nematic) 방식을 기준으로 알아볼게요.

LCD 구조도. /사진=삼성디스플레이 뉴스룸

먼저 편광판 2장이 필요해요. 편광판은 특정한 각도의 빛만 통과시키는 패널인데요. 편광판을 통과한 빛은 일정한 방향성을 갖게 돼요. LCD는 2장의 편광판을 직각으로 만나게 돌려 위아래에 배치한 후 그 사이에 액정을 배치해요. 그리고 그 아래에 백라이트를 켜요. 빛이 올라가면서 편광판과 액정을 통과하게 되겠죠.

LCD는 액정의 움직임에 따라 빛의 각도를 틀어, 빠져나가는 빛의 양을 조절해요. 빛이 빠져나가는 양에 따라 우리가 눈으로 보는 디스플레이의 밝기가 달라지는 거죠. 액정은 빛을 통과시키는 광학적 특징이 있고, 액정에 전압을 가하면 액정을 움직일 수 있어요. 액정에 전압을 가하면 엇갈린 모양으로 놓여있던 액정이 가지런한 모양으로 바뀌면서 빛이 편광판을 통과하지 못하게 돼요. 

그러면 그 앞에 컬러필터를 통과하는 빛과 그렇지 못하는 빛이 생기겠죠? 그렇게 해서 우리 눈에 다른 색상의 화면이 펼쳐지는 거죠. 

LCD와 달리 OLED는 발광형의 대표적인 예에요. OLED(유기발광다이오드)는 전류를 가하면 자체 발광, 즉 스스로 빛을 내는 물질을 이용한 디스플레이를 말해요. 발광물질에 전기를 가해 빛을 내는 방식인데요. 전자(-)와 정공(+)이 서로 만날 때 발생하는 에너지가 빛의 형태로 방출되는 거예요.

좀 더 자세히 알아볼까요? 전원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르는데, 음극(Cathode)에서는 전자(-)가 발광층으로 이동하고 양극(Anode)에서는 정공(+)이 발광층으로 이동해요. 유기물질인 발광층에서 만난 전자와 정공은 높은 에너지를 갖는 여기자(Excition)를 생성하고, 이 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛이 발생하는 원리예요.

OLED 발광원리. /사진=LG디스플레이 블로그

OLED는 자연색에 가까운 풍부한 색 재현력과 빠른 응답속도 때문에 휴대폰을 비롯해 태블릿, VR 등 다양한 IT 기기에 사용되고 있어요. 자발광 방식이 특별한 이유는 장점이 많아서인데요. 먼저 화면의 밝은 부분은 더 밝게, 어두운 부분은 더 어둡게 표현하면서도 세밀한 표현이 가능한 고명암비를 구현해요. 

LCD와 달리 액정, 컬러필터 등 빛의 순도를 감소시키는 복잡한 구조가 불필요해 색재현력이 놓아 자연색을 더 폭넓게 표현할 수 있어요. 또 원하는 픽셀에만 전력을 공급하면 되기 때문에 소비전력을 효율적으로 사용할 수 있죠. 덕분에 더 가볍고 얇은 구조를 구현할 수도 있죠.

퀀텀닷의 한계는 어디까지?

삼성전자의 대표적인 TV 제품인 QLED는 LCD의 단점을 보완한 제품이에요. LCD에 QD(퀀텀닷, 양자점물질) 필름을 붙여 색의 순도를 높인 것이죠. 

QD는 지름수 나노미터(nm) 이하 크기의 초미세 반도체 입자를 말해요. 1나노미터는 10억분의 1미터로, 머리카락 두께의 6만분의 1 크기에요. QD는 무기물 소재로 2~10nm 크기의 중심체(코어)와 껍질(쉘)로 이루어져 있고, 이를 고분자 코팅이 감싸고 있는 구조에요.

삼성전자는 QD 필름으로 LCD의 특성을 향상시켰어요. QD 필름을 사용한 제품은 기존 LCD TV보다 더 많은 색을 표현하고 제품 두께도 더 얇게 만들 수 있어요.

QD디스플레이 구조도. /사진=삼성디스플레이 뉴스룸

더 나아가 QD를 디스플레이 자체로 활용하는 것을 QD디스플레이라고 해요. QD는 동일한 입자에도 빛을 비추거나 전류를 공급했을 때 입자의 크기에 따라 발광하는 색이 달라져요. 입자의 크기가 작으면 짧은 파장의 빛이 발생해 파란색을 띄고, 크기가 클수록 긴 파장의 빛을 발생시켜 빨간색을 내요. 다양한 색을 입자의 크기만 조절해 구현할 수 있는 거죠.

QD는 크게 두 가지 방식으로 디스플레이에 적용돼요. 빛을 받아서 다시 원하는 색의 빛을 내는 '빛발광(PL)', 전류를 받아서 스스로 빛을 내는 '전기발광(EL)' 방식이에요.

현재 개발된 디스플레이에서 활용하는 퀀텀닷은 빛 발광 방식이에요. 전류를 받아 빛을 내는 게 아니라 별도의 광원에서 나온 빛을 받아 다른 색의 빛으로 바꿔주는 것이죠. 높은 에너지를 가진 단파장의 빛(파란색)이 장파장(빨간색·녹색)에 도달하면 QD 입자와 만나 재발광하는 방식이에요. 삼성디스플레이가 이달부터 양산에 들어간 QD디스플레이가 이 종류에요.

전기발광 방식은 이와는 조금 달라요. 전기발광 퀀텀닷은 직접 전류를 받아 빛을 발하는 입자에요. 유기화합물이 자체발광하는 OLED와 달리 무기물인 퀀텀닷이 자체발광하는 것이죠. 광원을 사용하지 않아도 되기 때문에 디스플레이도 대폭 얇아질 수 있고요. OLED의 가장 큰 단점인 번인(잔상)도 적다고 해요.

기술 혹은 제품…QNED  신경전 

업계에서는 이 기술을 두고  '퀀텀 나노 발광다이오드(Quantum nano-emitting diode)', 즉 QNED라고 부르는데요. 올해 삼성전자와 LG전자가 TV시장에서 명칭을 두고 신경전을 벌이면서 개념이 다소 복잡해졌죠.

올해 LG전자가 TV 시장에 새롭게 내놓은 QNED는 QLED와 이름은 비슷하지만 다른 기술이에요. LG전자의 QNED는 퀀텀닷 나노셀 발광다이오드(Quamtum-dot Nanocell Emitting Diode)의 약자에요. 자사의 LCD 제품인 나노셀 TV에 미니 LED 기술을 더했다는 의미를 담았어요. 오히려 삼성전자의 2021년형 TV 신제품인 네오 QLED와 같은 미니 LED 기술인 거죠.

LED는 반도체로 된 다이오드의 일종이에요. 다이오드는 전압을 걸면 전류가 한 방향으로 흐르는 소자예요. 정류방향으로 전압을 주면 전류가 흐르고 전자와 정공이 재결합하는데, 이때 발생하는 에너지의 일부가 빛으로 나타나는 것이죠. 쉽게 말해 '빛을 내는 반도체'로 표현된다고 해요.

미니 LED는 LED의 크기를 아주 작게 만들어 활용하는 것을 말해요. 크기를 줄이면 같은 면적에 더 많은 광원을 배치할 수 있겠죠. 그래서 일반적인 LCD보다 더욱 밝은 화면을 구현할 수 있다네요.

LCD, OLED, 마이크로LED 구조 비교./사진=삼성디스플레이 뉴스룸

마이크로 LED는 미니 LED보다 더 작은 마이크로미터(㎛) 초소형 LED를 사용하는 기술이에요. 초소형 LED를 픽셀로 활용해 디스플레이 패널을 제작하는 건데요. OLED와 비슷하게 RGB 서브 픽셀이 자체 발광하는 기술이기 때문에 시야각이 우수하고 발광 효율이 높아요. LCD와 달리 픽셀을 완전히 끌 수 있어 무한대의 명암비 구현도 가능하고 응답속도도 빠르죠.

올해 삼성전자가 OLED를 내세워 자발광 TV 분야에서 앞서고 있는 LG전자에 대응하기 위해 일반 소비자들 대상으로 내놓은 것이 이 기술을 활용한 제품이라네요.

[테크따라잡기]는 한 주간 산업계 뉴스 속에 숨어 있는 기술을 쉽게 풀어드리는 비즈워치 산업팀의 주말 뉴스 코너예요. 빠르게 변하는 기술, 빠르게 잡아 드릴게요. [편집자]

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