패널을 나누는 가장 큰 기준은 빛의 광원이 무엇인가에 따라 나뉨. LCD는 백라이트가 광원, OLED는 전류를 가했을 때 이에 반응해 빛을 내는 유기 발광물질들로 이루어진 ‘발광층(EML; emission material layer)'이 광원, QD-LED는 퀀텀닷이라는 무기물질이 광원, QNED와 Micro-LED는 나노사이즈의 매우 작은 LED소자가 광원
LCD
광원: 백라이트
LCD는 Liquid Crystal Display 의 약자
LCD는 빛을 투과해서 내는 투과형으로 백라이트가 빛을 내주어 필요한 양만큼 빛을 통과.백라이트 -> 편광판1 -> 액정 -> 편광판2 -> 컬러필터.. 의 과정을거침
LCD의 마법은 편광판1+액정+편광판2 에 있음. 편광판은 세로로 위치해있으면 빛을 투과시키고, 가로로 위치해있으면 빛을 투과시키지 않는 성질을 가지고 있음. 편광판1은 세로로 위치해있고, 편광판2는 가로로 위치해있음.
이때 액정이 빛의 방향을 바꾸는 역할을 하는데, 전압이 안걸려있으면 편광판1을 통과한 빛의 방향을 세로로 그대로 내보내고, 전압이 걸려있으면 평관판1을 통과한 빛의 방향을 가로로 바꾸어 통과시킴
따라서, 액정에 전압이 안걸려있으면 세로빛이 편광판2를 통과하지 못하고, 액정에 전압이 걸려있으면 가로빛으로 전환된 세로빛이 편광판2를 통과해 컬러필터로 이동함
액정에 전압의 걸어주고 안걸어주고, 또 그 전압의 양의 조절은 백라이트 윗단에 있는 TFT가 담당하는데, TFT는 전압의 세기조절을 통해 액정의 방향을 컨트롤하여 RGB 컬러필터에 투과되는 빛의 양을 조절
액정의 방향에 따라 빛이 투과되는 정도가 다르기 때문에, 정면이 아닌 측면에서 보면 잘 안보이는 단점이 있음
OLED(WOLED: white OLED)
광원: 유기 발광물질들로 이루어진 발광층(EML; emission material layer)
전류를 가했을 때 이에 반응해 빛을 내는 유기 발광물질들로 이루어진 ‘발광층(EML; emission material layer)'에서 빛이 발생(발광물질에 전기를 가해 빛을 내는 방식으을 전계발광(EL; electroluminescent)이라하는데 이에 대한 원리는 다음 링크에서 확인 LINK)
OLED에서 TFT의 역할은 유기물에 가하는 전압을 조정하여 빛의 양을 조절. 가해지는 전압에 따라 빛의 양이 다르기 때문에 액정이 필요없음
EML 즉, 발광층은 어떠한 색을 내는지에 따라 서로 다른 발광물질(재료)가 사용됨. 기본적으로 빛의 3원색인 적색/녹색/청색(RGB)의 색을 내는 물질이 사용됨. 이러한 방식으로 각 색상별로 여러 층으로 구성된 OLED 소자의 덩어리를 OLED 패널에서 ‘유기물층’이라고 부릅니다. 그리고 아래와 같이 전체적인 패널의 모습을 갖추게 됨. 따라서, 컬러패널도 필요없음.
QLED: LED TV 흉내를 내는 LCD TV, 작명이 나빴다.
광원: 백라이트
QLED는 Quantum dot LED의 약자로 기존 LCD에 QD 필름을 추가한 구조: QD는 보조재로의 역할 수행
QLED, QD-OLED, QNED 모두 이름은 ‘Q’uantum dot을 포함하고 있어 비슷한 듯 보이나, 각 패널의 구조와 발광 원리 등은 제각기 다른 방식을 취하고 있다. QLED TV는 현재 삼성전자의 주요 라인업으로,기존 LCD TV와 동일한 구조이다. 다만 QLED는 LCD 패널의 백라이트 유닛(BLU)에 QD 필름을 부착해 기존 LCD TV 보다 색 재현성을 더 높인 기술이다. 즉 QLED TV에서 QD는 자체적으로 빛을 구현해내는 용도로서가 아닌 기존 LCD패널에 색 재현성을 높이기 위한 보조재로의 역할만 수행한다. QLED TV는 LCD TV와 동일한 구조를 가지고 있기 때문에, 백라이트 유닛(BLU)에서 나온 빛이 액정(LiquidCrystal)을 통과하여 각 픽셀로 가는 빛의 양을 조절하고, 이 빛이 다시 RGB PR(photo resist) 컬러필터를 통해 색을 구현한다. QLED 패널의 TFT(Thin Film Transistor)에는 생산 마스크수가 적고 제조 원가가 낮은 a-Si TFT가 적용되고 있다.
QD(Quantum Dot, 퀀텀닷): 인듐, 카드뮴과 같은 무기물로서 자체적으로 빛을 내는 지름 수 나노미터 이하의 입자. 퀀텀닷은 재료를 >바꾸지 않고 입자 크기를 조절하는 것 만으로도 원하는 색을 얻을 수 있음. 양자구속 효과에 따라 입자 크기가 작을수록(파장이 짧을수록) 청색 빛, 클수록(파장이 길수록) 적색 빛을 냄
QD-LED
광원: Blue OLED
QD-OLED는 Blue OLED가 BLU&액정 역할을 대체: QD(Red, Green)로 컬러필터 구현
QD-OLED의 기본 개념: Blue OLED 발광원과 Red, Green QD 컬러필터의 만남. QD-OLED 패널은 삼성디스플레이가 대형 사업부에서 LCD 패널 이후 양산 준비 중에 있는 차세대 QD기술로, QD가 QLED에서와 달리 보조재로의 역할이 아닌 실제적으로 색을 구현하는 중요한 역할을 수행한다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 QLED 패널에서 백라이트 유닛(BLU)과 액정(Liquid Crystal)이 수행하는 발광체로의 역할을 Blue OLED층이 대신한다. 컬러필터에는 R, G, B PR 대신 R, G QD를 잉크젯방식으로 증착한다. 즉 R, G, B 삼원광 중 R, G는 QD를 통해, B는 OLED를 통해 구현하는 방식이다.
QD-LED와 WOLED의 차이: 발광 방식
삼성디스플레이의 QD-OLED 패널은 LG디스플레이의 WOLED(White OLED) 패널과 “OLED 층 + 컬러필터” 라는 기본적 구조는 동일하나, LG는 R, G, B OLED를 Tandem 구조로 쌓아 올려 White OLED층을 형성했고, 컬러필터에는 LCD와 동일하게 R, G, B PR을 적용했다.한편, WOLED의 경우 빛이 TFT를 거쳐서 기판 방향으로 발광하는 “배면 발광(Bottom Emission)”이 적용되고 있다. 아래 그림과 같이 배면 발광의 경우 TFT를 거치는 부분은 빛이 통과되지 못하여 개구율(전체 면적에서 실제로 빛이 나오는 영역의 비율로, 개구율이 높으면 휘도가 높다)을 저하시킨다. “전면 발광(Top Emission)”의 경우 TFT를 등지고 투명한 cathode(음극)를 통해 빛이 빠져나가기 때문에 개구율을 증진시키고, 배면발광보다 낮은 전류를 걸어도 휘도가 더 좋다는 장점이 있다. 삼성은 중소형 OLED 양산을 통해 축적된 전면 발광 기술을 기반으로 QD-OLED에도 전면 발광 방식을 적용하여 개구율을 최대로 확보할 전망이다.
QD-LED의 난제: Blue OLED의 수명과 효율, 그에 대한 해결책으로 QNED의 태동
난제1: Blue OLED의 수명 QD-OLED에서 Blue OLED가 발광원 역할을 하는 이유는 R,G,B 중 Blue가 파장이 가장 짧기 때문이다. 파장이 짧을수록 에너지 값이 높다. 즉 B>G>R 순으로 에너지가 높고, Red, Green QD는 높은 Blue OLED 빛에너지를 받으면 고유의 색을 드러내기 때문에 Blue OLED를 발광원으로 사용하면 R,G,B를 모두 구현할 수 있게 된다. 그러나 Blue OLED는 R, G, B OLED 소재 중 수명이 가장 짧아 번인 현상의 주범이자, 발광 효율 또한 가장 낮은 소재이다. 디스플레이 패널의 휘도(밝기)를 높이기 위해선 발광 재료인 Blue OLED의 효율을 높이는 것이 주요 과제이다.
난제2: Blue OLED의 효율 OLED 소재는 크게 형광(Fluorescence) 소재와 인광(Phosphorescence) 소재로 분류할 수 있다. 이론적으로 형광 소재의 발광 효율은 최대 25%에 불과한 반면, 인광 소재의 발광 효율은 100%에 이른다. 현재 Red와 Green은 인광 소재가 사용되는 반면, 청색 인광 소재는 발광 효율과 수명을 비롯해안정성에서 문제점들이 존재하여 청색 발광 재료로는 인광 소재가 아닌 형광 소재가 사용되고 있다.청색 형광 재료의 효율을 끌어올리기 위해 TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence, 열활성화 지연기술)라는 기술이 수 년 전부터 개발되고 있다. TADF는 빛으로 전환되지 못하고 열에너지로 버려지는 75%의 전기에너지를 다시 빛으로 전환시키는 기술이다.
QNED
광원: Blue Nanorod LED
QNED 는 B lue N ED 가 BLU& 액정 역할을 대체 : QD(Red, Green) 로 컬러필터 구현
공급사와 수요처 모두에게 win win 이 될 수 있는 혜안. 삼성디스플레이의 QNED 개발 가능성은 지난해 말부터 대두되기 시작했다 2 년 이상 QD OLED 개발에 힘을 쏟고 있던 것으로 알려진 삼성디스플레이 가 갑작스 럽게 QNED 기술 을 개발 하고 있다고 공개된 것은 의아하지 않을 수 없다 상대적으로 R OI 가 낮은 패널 업체 입장에서는 제한된 자원을 분산시키는 리스크를 감안하면서 까지 개발 라인을 다양하게 가져가는 근거가 있을 것 으로 보인다.QNED는 QD OLED 와 레이아웃이 유사하며 발광원만 Blue OLED 가 아닌 Blue Nanorod LED (이하NED) 로 변경되었다는 점이 그 특징이다 Blue OLED 의 제한적인 수명 및 발광 효율 이슈 가 있고 유기물 소재를 대형 패널에 Open mask 방식으로 증착 Evaporation) 하는 것 또한 어려움이 있다. 앞서 QD 소재에 대해 소개하며 유기물과 무기물 차이에 대해 설명 한 바가 있는데 NE D 또한 무기물을 기반으로 한다 무기물은 탄소를 포함하지 않아 쉽게 2 차 반응이 일어나지 않고 안정적이라는 특징이 있다 5~7 년에 달하는 TV 수명을 고려 한다면 소비자 입장에서는 번인 현상 등에 취약한 OLED 기반의 TV 보다는 NED 기반의 TV 품질 을 선호할 것으로 예상된 다 공급 업체 입장에서는 패널 공정 중 가장 어렵 고 높은 비용을 요구하는 것으로 알려진 OLED 증착 Evaporation) 공정을 NED Inkjet 증착으로 대체하고 상대적으로 가격이 저렴한 NED 를 사용함으로써 원가 비용 절감 효과가 기대된다
Micro-LED: LEDTV의 가장 완전체
삼성의 마이크로 LED TV는 컬러필터가 없다. 적·녹·청 LED가 스스로 빛을 내기 때문이다. 특히 삼성은 LED마다 칩을 더해 각각의 적·녹·청 소자를 개별 제어하는 구조를 택했다. 색 재현력을 보다 정확하게 하기 위해서다. 마이크로 LED TV는 색 재현력이 이전에 봤던 어떤 TV보다도 선명하고 밝았다. 삼성전자는 "마이크로 LED TV는 스스로 빛과 색을 내는 첫 TV"라고 강조했다. LG의 OLED TV는 스스로 빛만 낸다는 점을 겨냥한 대목이다.
