最近 美國 라스베이거스에서 열린 世界 最大 國際電子製品博覽會 ‘CES 2022’에서 삼성전자의 퀀텀닷(Quantum Dot·QD) TV가 最高革新賞을 受賞하며 注目받았다. 삼성전자가 선보인 퀀텀닷 TV는 매우 작은 나노粒子들의 光學的 特性을 利用한 퀀텀닷 技術을 旣存 OLED(有機發光다이오드)에 椄木한 QD-OLED 하이브리드 디스플레이로 製作됐다. 더욱 向上된 色相과 畫質을 目標로 하는 QD-OLED TV가 旣存 LCD(液晶標示裝置), OLED TV에 비해 技術的으로 어떻게 進一步했을까.

디스플레이에 有用한 퀀텀닷

퀀텀닷은 지름 1~10㎚(나노미터) 크기 超微細 半導體로, 電氣에너지를 받으면 빛을 내는 性質을 지닌다. 퀀텀닷은 RGB(Red·Green·Blue) 順으로 크기가 작아진다. 나노미터 水準의 各 粒子는 獨特한 光學的, 電氣的 特性을 지닌다. 빛에 露出되면 퀀텀닷 決定이 特定 周波數의 빛을 放出하는데, 이때 反應 時間과 條件을 調整하면 퀀텀닷 크기와 模樣을 精密하게 制御하는 것이 可能해 디스플레이에 有用하게 使用할 수 있다.

旣存 LCD TV에는 크게 세 가지 構成 要素가 있다. 우리 눈에 보이는 빛을 生成하는 흰色 백라이트, 該當 빛을 빨간色·草綠色·파란色 빛으로 區分하는 컬러 필터, 液晶 모듈(픽셀)이다. 이들 要素를 使用해 다양한 陰影과 色調를 만들어 이미지化한다. 最近에는 LCD 백라이트로 LED(發光다이오드)를 使用하는데, LED 照明은 自然的으로 흰色을 만들 수 없어 노란色 螢光體로 코팅된 파란色 LED를 쓴다. 이렇게 만들어진 흰色은 實際 흰色 광에 미치지 못해 製造社들은 고르고 깨끗하게 發現되는 흰色 狂 소스를 만들기 위해 苦悶해왔다. 그 解答으로 찾은 것 가운데 하나가 퀀텀닷이다.

OLED는 LED 백라이트를 使用할 必要 없이 數百萬 個의 個別 OLED 下位 픽셀에서 빛이 自體的으로 生成된다. 파란色과 노란色 OLED 化合物을 使用해 흰色 狂 픽셀을 生成하고, 컬러 필터를 通過해 빨간色·草綠色·파란色의 下位 픽셀을 만들어내기 때문에 正確히 말해 WRGB(White-Red-Green-Blue) OLED 方式이라고 할 수 있다.

LCD 方式은 검은色을 生成하기 위해 백라이트를 어둡게 만들어야 한다. 그에 비해 OLED는 完全한 검은色을 具現하기 쉽다는 것이 長點이다. OLED 디스플레이에서 各 픽셀을 構成하는 빨간色·草綠色·파란色 다이오드는 빛을 放出하고 必要할 때만 켜진다. 따라서 어두운 픽셀은 完全히 검게 標示되는 反面, 밝은 픽셀은 最大 電力으로 實行할 수 있어 卓越한 水準의 對比를 보여준다. 또 플렉시블(휘어지는) 畵面 製作도 可能하다. OLED 先頭走者 LG電子가 롤業 OLED TV를 開發할 수 있는 것도 이 때문이다.



勿論 短點도 있다. OLED TV의 컬러 다이오드는 時間이 지남에 따라 性能이 低下돼 ‘번인(burn-in)’ 現象이 發生한다. 畵面을 꺼도 이미지가 사라지지 않는 現象을 말하는데, 特히 政敵인 콘텐츠가 자주 標示되는 位置에 ‘고스트’ 이미지로 불리는 殘像이 나타날 수 있다.

現在 LG는 42인치에서부터 97인치까지 다양한 크기로 라인업을 擴大해가며 OLED 全盛期를 이끌고 있다. LG의 TV用 OLED 패널은 소니, 파나소닉, 필립스 等 製造業體에도 販賣되고 있다.

밝기 損失 거의 없는 QD-OLED

三星이 初期에 開發한 퀀텀닷 TV QLED의 方式은 LCD 方式에 퀀텀닷 技術을 椄木한 것이다. 파란色 LED 앞에 얇은 퀀텀닷 層을 넣어 파란色 光을 生成하고, 이를 通해 草綠色과 빨간色 퀀텀닷을 밝혔다. 以後 畫質이나 에너지 效率 改善을 目標로 백라이트 方式을 뛰어넘어 自體 發狂이 可能한 QD-OLED가 誕生했다.

QD-OLED는 OLED와 恰似한 發光型 디스플레이로, 픽셀이 自體的으로 빛을 放出한다. 微細한 크기의 半導體 粒子인 퀀텀닷은 特定 周波數의 빛을 받으면 原子의 前者가 더 높은 에너지로 興奮 狀態가 되고, 낮은 에너지 狀態로 떨어질 때 빛을 放出한다.

旣存 OLED가 흰色 빛을 바탕으로 한다면, 퀀텀닷은 에너지가 剛한 파란빛을 使用한다. 파란色 自體 發光層을 使用해 퀀텀닷 필터에 파란色 빛을 비추면 필터는 파란色 빛의 一部를 가져와 빨간色과 草綠色으로 變換하고, 이 빨간色·草綠色·파란色 빛의 組合으로 이미지를 만든다. 이러한 方式을 통해 더 얇은 두께로 좀 더 正確하고 다양한 色相을 生成해낼 뿐 아니라, 넓은 視野角 確保도 可能한 것으로 알려졌다. 三星 側에 따르면 1000nit(1nit는 ㎡當 촛불 1個 밝기) 밝기와 더 높은 明暗比(100萬 臺 1)를 使用해 完璧한 검은色을 具現할 수 있다고 한다.

QD-OLED 長點은 旣存 OLED나 LCD보다 검은色 再現, 視野角 確保, 戰力 效率 面에서 性能이 더 向上됐다는 것이다. 퀀텀닷은 特히 에너지 效率이 높아 色相 變換 過程에서 밝기가 거의 損失되지 않는다. 그 結果 費用과 複雜性, 컬러 필터의 밝기 負擔, 흰色 下位 픽셀의 必要性이 사라진 眞正한 RGB OLED를 具現할 수 있다. 또 백라이트가 必要한 LCD TV에 비해 디스플레이도 얇고 가벼워질 것으로 期待된다.

올해 上半期 QD-OLED TV 出市 豫定

OLED의 번인 現象을 克服할 수 있을지 與否와 함께 向後 商用化를 위해 解決해야 할 課題가 적잖다. 퀀텀닷 컨설팅 專門家 피터 팔로마키는 美國 電氣電子學會(IEEE) 웹진 ‘스펙트럼’에서 “퀀텀닷 層을 패터닝(patterning)하고 保護하는 過程이 매우 複雜해 高難度 技術力이 必要하다”며 “파란色 다이오드에 依存하는 特性上 퀀텀닷 레이어를 통해 發生할 수 있는 파란色 광의 漏出이나 老朽化 問題를 解決해야 할 것”이라고 말했다.

무엇보다 퀀텀닷 패터닝 段階, 特殊 필터링 等으로 價格이 높아질 수 있다. QD-OLED TV가 三星 프리미엄 製品인 마이크로 LED TV(마이크로미터 單位 超小型 LED를 촘촘하게 構成해 이미지를 具現하는 方式)와 主力 製品인 QLED 사이에 位置한다면 LG의 OLED TV보다 더 비싸게 出市될 것으로 보인다. 果然 三星이 이番 QD-OLED를 通해 LG가 오랫동안 牙城을 지켜온 OLED 市場에서 어떻게 자리매김할지 結果가 注目된다.

三星디스플레이 側은 65·55인치 TV와 34인치 모니터를 量産할 豫定이라고 밝혔으며, 올해 上半期 QD-OLED TV가 出市될 展望이다. 그에 앞서 소니는 三星 QD-OLED 패널을 使用한 TV ‘브라비아 XR A95K’를 내놓을 것으로 보인다. 에일리언웨어(델의 게이밍 브랜드) 또한 三星 QD-OLED 패널로 컴퓨터 모니터를 開發하고 있다.

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