자연의 빛깔 그대로를 담으려 해 온 디스플레이
 

현대 사회는 정보 사회로 정의해도 좋을 만큼 우리는 수많은 정보가 쏟아지는 시대에 살고 있다. 정보가 중요해진 만큼 이를 가공하고 전달하는 기기와 정보를 우리에게 보여주는 디스플레이 기기도 함께 발전하면서 문자 정보뿐만 아니라 모양, 색과 같은 이미지 정보를 주고받으며 우리의 삶은 획기적으로 바뀌어 왔다. 특히 인류는 디스플레이를 통해 자연 그대로의 모습과 색을 우리 가까이 가져오고 싶어 했다. 자연의 색을 모두 표현하기 위해서는 Pointer’s Gamut(인간의 눈이 체감할 수 있는 색영역)으로 부르는 영역의 색을 표현할 수 있어야 하는데, 지금까지의 디스플레이는 자연의 색을 상당 부분 표현하지 못했기 때문에 그동안 TV, 휴대전화, 각종 모니터 등을 통해 우리는 자연의 색 그 일부만을 보아온 것이다. 하지만 최근 QD(Quantum Dot, 퀀텀닷)의 발명과 발전으로 디스플레이 기기를 통해 자연의 색을 표현하는 범위가 훨씬 넓어졌다.
 

QD란 무엇일까?

▲ QD 입자는 일반적으로 2~7㎚ 크기로 각각의 크기에 따라 다른 색을 내며, 중심부(Core)와 껍질(Shell)을 중심으로 구성되어 있다.

QD(Quantum Dot)는 우리말로 양자점이라고도 하며 위 그림과 같이 수 나노미터(㎚) 수준 크기의 초미세 반도체 입자를 말한다. QD는 빛을 비추거나 전류를 공급했을 때 빛을 발생시키는데, 입자의 크기에 따라 표현하는 색이 달라진다는 점이 특징이다. 즉, 동일한 물질의 QD라고 하더라도 작은 크기의 입자는 푸른색을 표현하고, 큰 입자는 붉은색을 표현하는 식이다. 크기에 따라 발생시키는 빛의 색이 다르기 때문에, 빛의 마법사로 불리기도 한다. 특히 QD가 표현하는 색의 순도는 상당히 높아 정확한 색 표현과 효율적인 빛의 활용이 가능해 디스플레이 소자로 더욱 각광받고 있다.

※ 1나노미터(㎚): 10억 분의 1미터(m)로 머리카락 굵기의 1만 분의 1 수준

QD는 어떻게 자연의 색을 표현할까?

▲ 자연계의 색을 나타내는 색공간(CIE 1976)과 인간이 체감할 수 있는 색의 영역인 Pointer’s Gamut, 그리고 UHD 방송 표준 색좌표인 BT.2020의 영역
 

QD가 자연의 색을 더 잘 표현할 수 있는 이유는 무엇일까? 먼저 색을 잘 표현한다는 의미부터 알아보자. 위 그림에서 다채로운 색으로 구성된 고깔 모양의 영역은 가시광선 전체의 색 영역이다. 스펙트럼으로 나눈, 즉 분광된 자연계 전체의 색공간인 것이다. 그 가운데 인간의 눈이 실제로 체감할 수 있는 색의 영역을 Pointer’s Gamut이라고 하며 이 영역에서 디스플레이가 표현하는 영역이 넓을수록 우리가 눈으로 느끼는 색상도 더 다양해진다. 특히 삼각형 좌표의 각 꼭짓점이 색공간에서 빛의 3원색을 뜻하는 적색, 녹색, 청색 코너에 가까이 다가갈수록 디스플레이가 표현하는 색의 순도가 높아져 색을 더 다양하게 표현할 수 있다.

▲ 색순도가 높은 QD-OLED의 발광 파장(왼쪽)과 상대적으로 색순도가 낮은 기존 디스플레이의 발광 파장(오른쪽)
 

그럼 어떻게 색좌표에서 꼭짓점을 3원색 코너로 가져갈 수 있을까? 빛을 분광하여 관찰했을 때 위 그림의 왼쪽과 같이 삼원색 스펙트럼의 폭이 좁고 뾰족한 모양으로 옆의 색과 구분될수록 즉, 인접한 색의 오염이 적을수록 더 순수한 색이 구현된다. QD-OLED는 그림과 같이 스펙트럼의 폭이 기존의 디스플레이에 비해 좁아 보다 순도 높은 색 표현이 가능하며, 이러한 순수한 삼원색의 조합으로 더 자연에 근접한 색(BT.2020 90% 이상)을 표현할 수 있는 것이다. 이러한 독립적인 삼원색의 표현으로 QD-OLED는 밝기(휘도) 변화에도 영향을 거의 받지 않고 색 표현이 일정하다.
 

더 밝은 QD-OLED 디스플레이

▲ 컬러 필터층 등 복잡한 구조인 LCD(왼쪽)와 보다 효율적인 구조를 갖는 QD-OLED(오른쪽)

'QD 필름을 이용한 LCD나 화이트 픽셀 방식의 OLED에서는 색을 표현하기 위해 컬러필터를 사용함으로써 상당한 양의 빛이 화면 밖으로 투과되지 못하고 손실되는데, 이에 비해 직접 색을 변환해 표현하는 QD-OLED는 빛 투과율이 상당히 높아 더 밝은 화질을 구현할 수 있다.

▲ 밝은 하늘(왼쪽)은 더 밝게, 어두운 동굴(오른쪽)은 더 어둡게 디테일한 표현 가능

QD-OLED는 밝기가 우수한 점 외에도 측면에서 볼 때 시야각에 따라 화질이 저하되는 요소가 최소화되었고, 특히 밝은 부분은 더 밝게, 어두운 부분을 더 어둡게 만드는 폭넓은 밝기와 컬러 기술인 HDR(High Dynamic Range)을 디스플레이에서 완벽에 가깝게 구현할 수 있어 시청자가 더 실감 나는 화질을 느낄 수 있다.
 

QD-OLED를 통한 자연의 색 경험

순도 높은 삼원색 구현, 넓은 시야각, 높은 밝기(휘도)로 탁월한 화질을 갖춘 QD-OLED는 최근 77인치의 대형 크기까지 구현이 되었다. QD의 등장과 이를 디스플레이에 활용하려는 지속적인 연구 개발 노력 덕분에 기존에는 표현하기 힘들었던 자연의 색을 더 가깝게, 더 밝게, 더 크게 느낄 수 있게 된 것이다. 앞으로도 QD-OLED는 소재, 구조 면에서 한 차원 높은 발전을 이어가 우리의 기대를 뛰어넘는 차세대 디스플레이의 모습으로 계속 진화할 것으로 전망되며, 이러한 QD-OLED 기술의 발전으로 디스플레이를 통한 우리의 일상도 더 멋지게 바뀔 것으로 기대된다.

※ 이 칼럼은 해당 필진의 개인적 소견이며 삼성디스플레이 뉴스룸의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.