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☞ 이전편 바로가기 : [퀀텀닷 완전정복] 제1화 원리와 합성법-② 총천연색 차세대 발광 소자 너의 이름은? 수nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 크기의 아주 작은 반도체 입자인 퀀텀닷(QD·Quantum Dot)의 활용 분야는 무궁무진하다. 같은 물질로 만들어진 퀀텀닷이라도 크기에 따라 발광하는 색을 비롯한 전기적, 광학적 특성이 다르기 때문이다. 여러 응용 분야 중에서도 단연 퀀텀닷에 눈독을 들이는 건 TV, 모니터를 비롯한 디스플레이 시장이다. 총천연색 구현을 꿈꾸는 디스플레이 업계에서 퀀텀닷은 그 꿈을 실현할 새로운 소재이자 차세대 소재로 꼽힌다. 디스플레이에 퀀텀닷이 입혀졌을 때 가장 크게 기대할 수 있는 건 화질, 그중에서도 화질의 핵심 3요소 중 하나인 색의 표현이다. 디스플레이는 수많은 색을 표현하지만, 이를 위해 활용하는 색은 단 세 가지다. 삼원색(RGB)으로 불리는 빨간색, 초록색, 파란색이다. 그 외의 색은 이들 세 가지를 합쳐 만들어낸다. 빨간색과 초록색을 함께 뿜어 노란색을 만들고, 세 가지 색을 모두 발해 흰색을 표현하는 식이다. 그래서 디스플레이에서 생성하는 삼원색이 ‘진정한 원색’이냐 하는 점은 화질을 좌우하는 주요 요소가 된다. 원재료인 삼원색이 정확해야 조합될 다른 색 역시 정확한 색을 가질 수 있기 때문이다. 그런데 사실 현재 모든 디스플레이에서 내는 삼원색은 우리가 알고 있는 그 원색이 아니다. 더군다나 그렇게 생성되는 세 가지 빛조차 딱 세 가지 색이 아닌, 그와 비슷한 수많은 색이 함께 섞여 있다. 디스플레이가 생성하는 빨간색 빛은 정말 빨간색도, 빨간색만 나오는 것도 아니라는 뜻이다.   퀀텀닷, 삼원색에 가장 가까운 색 구현 빛의 색을 물리학적 개념인 빛의 파장으로…

아몰퍼스실리콘(Amorphous Silicon, a-Si)은 디스플레이 TFT(박막트랜지스터) 기술 중 하나입니다. TFT는 재료 특성에 따라 아몰퍼스실리콘(a-Si), LTPS, Oxide 등으로 나뉩니다. ‘아몰퍼스(Amorphous)’는 비결정화된 고체를 뜻하는 말입니다. 고체는 일반적으로 원자 배열이 규칙적인 결정 상태이지만, 아몰퍼스는 원자배열이 무질서한 상태입니다. 아몰퍼스실리콘은 정해진 형태가 없는 실리콘이라는 의미에서 ‘비정질 실리콘’이라고 불립니다. 초기 LCD에는 주로 아몰퍼스실리콘 TFT를 사용하였습니다. 아몰퍼스 실리콘을 이용해 TFT를 제조하는 것이 공정 프로세스가 단순하고, 수율이 높았기 때문입니다. 또한 화면의 균일성 확보에도 유리해 대형 구현도 가능했습니다. 한마디로 제조 비용을 줄이고, 안정적인 생산을 위해 적절한 기술이었습니다. TFT는 전류의 흐름을 조절해 디스플레이 화면을 구성하는 각 픽셀의 밝기를 조절하는 역할을 합니다. 그런데 아몰퍼스 실리콘을 활용하면 무질서하게 배열된 실리콘 때문에 전자가 빠르게 이동할 수가 없다는 단점이 있습니다. 전자 이동도가 낮으면 신호 전송속도가 떨어지게 되면서 초기 저해상도 LCD는 문제없지만, 복잡한 고해상도 디스플레이에서는 효율이 떨어지는 한계가 발생합니다. LTPS(Low Temperature Poly Silicon) TFT는 이런 단점을 극복하기 위해 무질서한 형태의 아몰퍼스 실리콘을 레이저로 재결정화해, 어느정도 질서 있는 다결정 실리콘으로 만들어 전자 이동속도를 수백배 빠르게 높여준 기술입니다. LTPS 방식은 제조 프로세스가 복잡하지만, 고해상도 디스플레이 패널이 가능해 최근 중소형 디스플레이에 주로 사용되는 방식입니다.

TFT(박막트랜지스터)는 Thin Film Transistor 의 약자입니다. 트렌지스터는 반도체로 이루어진 전자회로 구성요소로 전류의 흐름을 조절하는 밸브 역할을 합니다. 박막트랜지스터는 얇은 필름 형태인 박막을 이용하여 만든 트랜지스터입니다. 디스플레이에서 TFT는 디스플레이의 화면을 구성하는 각각의 픽셀의 밝기를 조절 하는 역할을 합니다. 1개의 픽셀은 R, G, B를 구성하는 서브픽셀로 이루어져 있고, 디스플레이가 색을 구현하려면 각각의 서브픽셀에전류가 필요합니다.  TFT는 각 서브 픽셀에 위치하며, 특정 전압이 가해 졌을때, 해당 전류량을 가지고 픽셀을 구동 하게 됩니다. TFT는 기판 위에 전류가 흐를 수 있는 액티브 층을 형성한 후, 게이트 전압을 조절 하여 액티브층을 통해 소스에서 드레인으로 전자(홀)를 이동시킵니다. 게이트는 액티브 층을 통해 흐르는 전류를 조절하는 밸브 역할을 하며, 소스와 드레인은 전자를 주고 받는 역할을 합니다. TFT를 통해 흐른 전류는 OLED의 경우, R,G,B 각각의 유기물층을 통과 하면서 빛을 발광하고(자발발광), LCD는 액정을 회전시켜 뒷면의 빛이  R,G,B 필터를 통과하도록 합니다. 이를 통해 RGB 색을 조절하여 다양한 색이 구현되는 것입니다. 디스플레이에 사용하는 TFT는 재료에 따라 구분되는데 크게 a-si와 LTPS가 있습니다. a-si(Amorphous Silicon)은 ‘비정질 실리콘’을 의미하며, LTPS(Low-Temperature Polycrystalline Silicon)은 저온 다결정 실리콘’이라는 뜻입니다. LTPS는 a-si보다 전자의 이동속도가 빨라 고속 동작 회로 구현이 가능하고, 단시간 내 원하는 전류량을 줄 수 있어 트랜지스터 크기를 작게 만들 수 있습니다. 덕분에 고해상도 패널 제작이 가능하고 화면 개구율을 높여 화질을 개선할 수 있습니다. 현재 고해상도 스마트폰 디스플레이는 대부분…

OLED이기 때문에 가능한 첨단 기술들! 아니 이런 것도 돼?! 오늘은 새로운 미녀 MC 한아름 프로와 장예인 아나운서가 그 궁금증을 풀어준다! 사우디 카일과 지형이 함께하는 디스플레이 퀴즈쇼, 디·톡·쇼~! 지금 바로 함께 하시죠!

OLED와 LCD의 차이점은 무엇일까? 그 궁금증을 장예인 아나운서, 송승민 프로와 함께 퀴즈를 풀면서 알아가보자! 카일과 지형의 디스플레이 지식은 어디까지 업그레이드 가능?

디스플레이를 만들기 위해서는 그 기반이 되는 기판이 필요합니다. ‘원장(마더글래스)’은 이런 기반이 되는 커다란 기판을 의미하는 것으로, 그 크기에 따라 ‘세대(Generation)’를 구분하여 표기합니다. OLED나 LCD는 커다란 원장을 놓고 그 위에 여러 공정을 거치면서 패널을 제조합니다. 패널은 사이즈별로 각각 따로 제조되는 것이 아니라 한 장의 원장에서 제조된 패널을 여러 조각으로 나누는 것입니다. 이렇게 패널 생산의 기반이 되는 원장은 사이즈에 따라 ‘세대(Generation)’를 표기하는데, 각 세대는 범용적으로 정해진 규격이 있는 것은 아닙니다. 제조사에 따라 통상적으로 서로 비슷한 크기의 원장을 같은 세대로 정의 내립니다. 한마디로 원장의 세대별 크기는 제조사에 따라 조금씩 차이가 있을 수 있습니다. 디스플레이 원장의 크기는 세대의 숫자가 올라갈수록 점점 커집니다. 각 세대별 크기를 비교해보면 1G에 비해 10.5G 원장의 면적은 약 100배 증가했습니다. 디스플레이 원장 크기가 커지는 이유는 패널 생산성 효율이 더 높아지기 때문입니다. 원장이 커지면 한 번에 더 많은 패널, 혹은 사이즈가 더 큰 패널의 생산량을 늘릴 수 있습니다. 여러 단계의 제조과정을 거쳐야 하는 디스플레이는 여러 개의 원장을 투입해 생산하는 것보다 큰 원장을 넣어 한번에 많은 양을 생산하는 것이 시간상 더 유리합니다. 그런데 단순히 디스플레이 원장이 커졌다고 해서 생산 효율이 증가하는 것은 아닙니다. 하나의 원장에서 최대한 버려지는 면적 없이 디스플레이를 생산하는 것이 중요합니다. 원장에서…

디스플레이 기판(Substrate)이란 LCD, OLED 등 디스플레이 각 공정에서 제조에 필요한 기반을 이루는 소재를 뜻합니다. 건축에 비유하자면 먼저 땅을 단단하게 다지는 터와 유사합니다. 디스플레이 기판의 대부분은 유리(Glass)를 소재로 사용하며, 1mm 이하의 아주 얇은 두께를 가진 넓고 평평한 형태입니다. 기판은 생산 효율성 등을 고려해 커다란 크기를 그대로 제조 공정에 투입합니다. 이후 디스플레이 제조 공정을 거쳐 최종 제품에 필요한 크기에 맞게 잘라내 사용됩니다. LCD의 경우에는 액정을 제어하는 TFT(박막트랜지스터) 층과 컬러필터(Color Filter)층을 만들기 위해 유리 기판을 사용합니다. OLED는 LCD와 마찬가지로 TFT를 만들기 위해 유리 기판을 사용하고, 자체발광 유기물 층을 외부의 공기와 수분으로부터 보호하기 위해 봉지유리(Encapsulation Glass)를 사용합니다. 하지만 이러한 리지드(Rigid) OLED와 달리 최근에 각광 받고 있는 플렉시블 OLED는 유연성을 갖추기 위해 유리가 아닌, PI(폴리이미드) 소재를 기판과 박막봉지에 사용하고 있습니다. PI는 얇은 플라스틱 비닐과 비슷한 특성을 갖고 있어 구부리거나 접는 등 플렉시블 디스플레이 구현에 적합한 기판 소재입니다.

백라이트 유닛(Back Light Unit)은 LCD에서 빠져서는 안되는 핵심 부품 중 하나입니다. 디스플레이는 스스로 빛을 내는 발광형과 외부 빛을 활용해서 동작하는 수광형으로 나뉩니다. 스스로 빛을 내는 자발광 형식의 OLED와 달리, LCD는 빛을 내는 발광체가 없어 화면이 출력되려면 빛을 비추는 조명이 따로 필요합니다. 백라이트 유닛은 한마디로 디스플레이 화면이 점등 할 수 있도록 고르게 빛을 비춰주는 역할을 하는 것입니다. 줄여서 BLU라고 불리며, LCD 패널 하단부에 위치하고 있습니다. LCD는 백라이트에서 나온 빛이 액정을 통과하면서 각 픽셀로 가는 빛의 양을 조절합니다. 빛은 컬러필터를 지나면서 해당 픽셀이 표현할 색상을 결정합니다. 액정에 의해 백라이트 빛이 모두 차단되면 블랙색상을, RGB 서브픽셀에 빛이 모두 들어오면 화이트 색을 표현하는 것입니다. 백라이트 유닛은 여러 층의 구조로 되어 있습니다. 구조를 보면 아래와 같습니다. 백라이트 유닛은 실제 빛을 내는 램프, 빛의 손실을 줄이는 반사 시트, 화면 전 영역에 빛을 고르고 균일하게 분포시키는 도광판, 도광판에서 나온 빛을 산란시켜 골고루 퍼지게 하는 확산 시트, 광효율을 높여주는 프리즘 시트로 구성되어 있습니다. 백라이트에 사용하는 램프에는 여러 종류가 있습니다. LCD 초기에는 주로 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp 냉음극형광램프)을 사용하였으나 최근에는 LED(Light Emitting Diode: 발광다이오드)를 백라이트 유닛으로 사용하고 있습니다. LED는 얇은 두께와 높은 휘도로 선명한 화질을 가능케합니다.

컬러필터(Color Filter)는 LCD에서 다양한 색을 나타내는 역할을 하는 얇은 층입니다. LCD 백라이트에서 나온 빛이 액정을 거쳐 컬러필터를 통과할 때, 컬러필터에서 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)을 내는 부분을 지나게 되는데, 이때 빛의 색이 변합니다. 셀로판지에 손전등 빛을 비추면 셀로판지의 색에 따라 빛이 다양한 색으로 변하는 것과 같은 원리입니다. 만약 컬러필터가 없다면 LCD는 흑백TV처럼 밝고 어둡게만 표현이 될 것입니다. 대부분의 디스플레이는 다양한 색을 표현하기 위해 픽셀마다 빛의 삼원색인 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)의 조합을 활용합니다. LCD 컬러필터 층에는 일반적으로 픽셀 1개 마다 R, G, B의 서브픽셀(Sub-Pixel)이 배치되며, 이 세 가지 색으로 수백 만개가 넘는 색을 표현합니다.