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디스플레이에서 ‘잉크젯 프린팅(Inkjet Printing)’이란 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 용액의 형태로 분사해 OLED 디스플레이 픽셀을 만드는 기술입니다. 마치 프린터가 종이에 잉크를 뿌려 인쇄하는 것처럼 수십 피코 리터(1조분의 1리터) 이하의 OLED 잉크를 분사해 디스플레이를 양산하는 방식입니다. 잉크젯 프린팅을 위해서는 먼저 OLED 용 유기재료를 용매(Solvent)에 녹여 잉크의 형태(Soluble OLED)로 변경해야 합니다. 소금(유기재료)을 물(용매)에 녹이는 것과 유사한 원리입니다. 그다음 유기재료가 잘 녹아든 잉크를 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 디스플레이 기판의 R, G, B 색상별 서브 픽셀을 생성할 격벽(Bank) 사이로 주입합니다. 주입이 모두 끝난 잉크를 건조해 용매를 제거하면 기판에는 실제로 발광에 필요한 유기재료만 남게 되며 OLED 발광을 위한 픽셀 제조가 완료됩니다. 잉크젯 프린팅 방식은 진공상태에서 유기물을 기화시키는 증착 방식과 달리, 상압이나 낮은 수준의 진공에서도 제조가 가능하며, 원하는 픽셀에만 적정량의 유기재료를 주입하는 방식이기 때문에 재료 사용 효율을 높일 수 있는 장점이 있습니다. 또한 증착 방식에  비해 상대적으로 원장 기판의 크기가 큰 대면적 패널 제작에 유리한 기술입니다. 그러나 유기재료 막 두께 형성 균일도와 농도 균일도 및 커피링(Coffee-ring) 현상 등 아직 상용화를 위한 기술적 걸림돌이 남아 있습니다. 업계에서는 재료와 공정 기술에 대한 연구 개발로 기술적 난제를 극복하면 향후 인쇄 기술을 통해 OLED 디스플레이를 제작하는 시대가 열릴 것으로 기대하고 있습니다.

르네상스 시기의 명작에는 공통점이 하나 있는데요. 바로 대가들의 유명한 그림에는 반드시 ‘파란색’이 들어간다는 사실. 그렇다면 르네상스 시대에는 대가의 반열에 오른 사람만 파란색을 쓸 수 있다는 룰이라도 있었던 것일까요? 또 현대에 와서 파란색은 신뢰와 안정감을 선사해 항공기업들이 선호하는 브랜드 컬러로 쓰이기도 하는데요. 역사 속에 숨어 있는 컬러의 경제학을 함께 알아보는 시간을 마련했습니다. 울트라마린에 울고 웃었던 화가들 ▲라파엘로의 <초원의 성모> 13세기 가톨릭 교회는 성모상에 파란색을 칠하도록 규정했습니다. 그런데 당시 파란색에 해당하는 도료, 즉 물감의 가격은 금값에 맞먹을 만큼 비쌌다는 것이 문제. 르네상스 시대의 푸른색 ‘울트라마린(Ultramarine)’은 그 이름처럼 ‘바다(marine)’, ‘멀리(ultra)’에서 가져온 물감이라는 의미를 담고 있는데요. 실제로 울트라마린은 아프가니스탄에서 수입해 들어오는 청금석을 원료로 하고 있었기에 어마어마한 유통 비용을 지불해야 겨우 손에 넣을 수 있는 고가의 도료였습니다. 당시 그림은 성경, 교회와 관련된 성화가 대부분이었는데요. 이런 그림을 제작하기 위해서는 비싼 물감 비용과 화가의 인건비까지 감당할 수 있는 재력이 필요했기에 당시 부자들이 화가들을 고용해 그림을 그리고 교회에 선물하거나 비치하는 것이 일종의 기부였습니다. 자신들의 신앙심을 널리 알리기 위한 수단으로 파란색은 아름다운 데다 비싸기까지 했으니 가장 적절한 재료였습니다. 실제로 당시 성화를 보면 성모, 예수, 위인 등의 옷은 유독 짙은 파란색으로 표현되어 있는 경우가 많습니다. 하지만 반대로 화가를 가난으로 몰아넣거나 원하는 그림을 그리지 못하게…

최근 수년간 디스플레이 기술 발전에 점점 가속도가 붙고 있습니다. OLED, 마이크로LED, QD디스플레이 등 디스플레이 분야는 새로운 기술적 도전의 각축장으로 변해가고 있는데요. 뛰어난 기술을 바탕으로 더 선명한 화질, 더 뛰어난 응답 속도, 탁월한 색감 등 다양한 장점으로 눈길을 끌고 있습니다. 이와 같은 디스플레이 기술의 궁극적인 목표는 결국 사람에게 최적화된 디스플레이일 텐데요. 단순히 기술 스펙 향상을 넘어 인간의 눈에 더 가까이 다가가고자 도전을 거듭하고 있는 디스플레이 기술의 의미들을 짚어보는 시간을 마련했습니다. # 인간의 눈, 트루 블랙(True black)에 매혹되는 이유 트루 블랙, 딥 블랙 등 디스플레이 기술은 더 나은 명암비를 확보하기 위한 기술 경쟁이 치열합니다. 화면의 가장 밝은 부분과 가장 어두운 부분과의 차이를 비율로 나타낸 지표인 명암비를 높이면 높일수록 이를 통해 섬세한 화질 구현이 가능하다는 것인데요. 그 원리는 무엇일까요? 빛을 감지하는 사람의 눈, 인간의 시각세포에는 밝은 빛을 감지해 색감을 구별하는 원추세포(원뿔세포, Cone cell)와 어두운 빛에 반응해 명암을 구분하는 간상세포((막대세포, Rod cell)가 있습니다. 그런데 사람의 망막에는 대략 6백만개의 원추세포와 1억 2천만개 정도의 간상세포가 존재하는데요. 특히 더 많은 비율을 차지하는 간상세포는 눈의 망막에 위치한 광수용 세포(Photoreceptor Cell)로 빛을 감지하는 역할을 합니다. ▲ 컬러를 구분하는 원추세포(Cone cell)와 빛에 반응하는 간상세포(Rod cell) 이와 같은 간상세포는 굉장히 민감한데요,…

라운드 다이아몬드 픽셀™(Round Diamond Pixel™)은 디스플레이의 화면을 구성하는 기본 단위인 픽셀을 둥근 형태의 서브 픽셀로 만든 후 다이아몬드 구조로 배치한 화질 최적화 기술입니다. 디스플레이에서 ‘픽셀(Pixel, 화소)’이란 화면의 이미지를 구성하는 기본 단위를 뜻합니다. 스마트폰, 모니터, TV 화면에 나타나는 이미지는 이러한 픽셀들이 여러 개 모여 하나의 큰 이미지를 형성해 표현되는 것이죠. 그런데 기본 단위로 불리는 픽셀은 다시 더 작게 나눌 수 있습니다. 마치 하나의 분자를 쪼개면 여러 개의 원자로 이루어지는 것을 떠올리면 비슷합니다. 하나의 픽셀은 일반적으로 빛의 3원색인 빨강색(R), 녹색(G), 파란색(B)으로 이루어집니다. 이렇게 각각의 단일 색상을 나타내는 작은 픽셀을 ‘서브픽셀(Sub-Pixel)’이라고 부르며, 이러한 서브픽셀은 구성 방식에 따라 스트라이프(Stripe), 다이이몬드(Diamond) 등 여러가지로 분류됩니다. 이 가운데 다이아몬드 픽셀™은 인간의 눈이 녹색을 가장 잘 인지하는데 착안, 녹색 소자의 크기를 가장 작게 만들고, 동시에 가장 촘촘히 분포시켜 RGB 색상의 특징을 잘 살려냈습니다. 특히 가독성이 중요한 텍스트의 경우에도 상하좌우의 직선 뿐만 아니라 대각선까지도 날카롭고 정교하게 표현해 선명한 화질을 구현합니다. 2021년 삼성디스플레이는 디스플레이에 일반적으로 부착되는 불투명한 플라스틱 부품인 편광판을 없애 빛 투과율을 33% 높인 Eco²OLED™(에코스퀘어 OLED™) 기술을 공개하며, Eco²OLED와 결합해 화질을 최적화 한 ‘라운드 다이아몬드 픽셀™’을 함께 발표했습니다. 삼성디스플레이가 개발한 라운드 다이아몬드 픽셀™은 서브픽셀이 각진 형태인 기존의 다이아몬드 픽셀™ 보다 서브픽셀의 빛의 회절 제어를 향상시킨…

“어둠이 깊을수록 별은 더 밝게 빛난다”와 같은 표현은 여러 가지로 변용되어 강연에서, 수필에서, 노래에서도 자주 인용되었다. 원래 러시아의 문필가 표도르 도스토옙스키(Fyodor Dostoevsky)가 <죄와 벌>에서 언급한 명언이라는 설도 있었지만, 동시대 시인 아폴론 마이코프(Apollon Maykov)의 시 한 구절이라는 주장도 있다. 어둠은 죄를 뜻하고 별빛은 신의 은총으로 해석되지만, 색채 연구자들에게는 명암 대비와 휘도(輝度, luminance)의 관계를 연상시킨다. 밝은 정도를 뜻하는 휘도는 일반적인 밝기(明度, brightness)와 약간 다르다. 휘도는 빛을 발하는 밝음의 상태를 구분하는 말이다. 그런데 밝음의 정도는 상대적이다. 촛불 하나를 켜면 어두운 방을 은은하게 밝힐 수 있지만, 전등 아래에서는 환하게 보이지 않는다. 환한 조명도 햇볕 아래에서는 밋밋하다. 그러니 깜깜한 밤의 벌판에서는 작은 불빛도 구원의 계시처럼 보일 수 있다. 도스토옙스키는 험한 시베리아의 유배 생활을 등잔불 아래에서 성경과 함께 이겨냈다고 한다. 허름한 교도소의 침침한 불빛 속에서 손가락을 짚어가며 읽은 성경의 구절구절은 대문호로 가는 먼 길을 환히 밝힌 빛이었을 것이다. 빛의 세기, 즉 광도(光度)를 측정하는 단위는 촛불 하나의 밝기 정도인 칸델라(candela)인데, 줄여서 cd라고 쓴다. 원래 포르투갈어로 양초를 뜻하던 칸델라는 네덜란드 상인들을 통해 전 세계로 보급된 이동식 조명기구 칸델라르(Kandelaar)를 지칭하기도 했다. 광물질 카바이드(carbide)에 물을 섞으면 아세틸렌 가스로 바뀌어 잘 연소하는 원리를 이용한 이 조명 장치는 실제로 약 5cd의 빛을 발했다. 촛불보다 더 밝고 한번 불을 붙이면 7시간 정도 지속하여 19세기 노동 현장부터 초기 자동차 전조등까지 두루 쓰였다. 1950년대 독일 뮌헨에서 유학했던 수필가 전혜린은 안개 자욱한…

인광(Phosphorescence)이란 형광(Fluorescence)과 더불어 OLED 디스플레이에서 사용하는 대표적인 발광(Luminescence) 방식 중 하나입니다. 발광이란 발광 물질 속의 전자가 높은 에너지 상태(들뜬 상태, excited)에서 낮은 에너지 상태(바닥 상태, ground)로 변화할 때, 감소한 에너지가 빛의 형태로 방출되는 현상입니다. 인광을 알기 위해서는 먼저 형광 발광 방식에 대한 이해가 필요합니다. 형광이란 바닥 상태의 발광 물질에 에너지를 주입해 해당 물질의 전자를 ‘들뜬 상태’로 만든 후, 짧은 시간에 다시 전자가 안정적인 ‘바닥 상태’로 변할 때 방출되는 빛을 디스플레이의 발광원으로 활용하는 방식으로, 위 그림과 같이 S1에서 S0으로 에너지 준위가 낮아지는 만큼의 에너지량이 빛의 형태로 방출됩니다. 하지만 형광 방식은 발광 에너지의 25%인 단일항 여기자(singlet exciton)만 활용되고, 75%를 차지하는 삼중항 여기자(triplet exciton)는 활용하지 못해 내부 양자효율이 25% 수준에 머물기 때문에 보다 효율적인 발광을 위해 인광 방식이 개발되었습니다. 인광 방식은 형광 방식에서 열·진동으로 버려지는 나머지 75%의 에너지를 활용하는 원리입니다. 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 착화합물과 같이 무겁고 큰 금속을 포함한 발광체는 일반 유기물에 비해 전자가 존재할 수 있는 영역인 오비탈(전자의 확률 분포 공간)의 크기가 매우 커지게 됩니다. 이에 전자가 중심원소로부터의 영향을 적게 받게 되고, 일반 형광 발광체에서는 빛으로 나오지 못하던 삼중항 여기자(triplet exciton)와 단일항 여기자(singlet exciton)의 구분이 희미해지게 됩니다. 이에, S1의 들뜬 상태에서 형광으로 발생되어야 할 에너지를 T1이라는 상태로 이동시킬…

디스플레이에서 ELA는 LTPS 전자 회로층을 만들기 위해 주로 사용하는 레이저 공정입니다. ELA 공정을 이용해 a-Si(Amorphous Silicon, 비정질실리콘) TFT를 LTPS(Low Temperature Poly Silicon, 저온폴리실리콘) TFT로 전환하면 TFT의 성능을 상당히 높일 수 있습니다. ※ TFT(Thin Film Transistor, 박막트랜지스터): 디스플레이에서 R, G, B 색상의 빛을 내기 위해 각 픽셀을 조절하는 실리콘 기반 전자 회로 LTPS는 실리콘의 구성 형태가 전통적인 TFT인 a-Si보다 질서정연하기 때문에 전자가 쉽게 회로에서 이동할 수 있습니다. a-Si이 구불구불하고 차로가 좁은 비포장도로라면, LTPS는 차로가 많은 고속도로에 비유할 수 있습니다. 전자 이동도가 높으면 그만큼 전력과 데이터의 이동이 수월하기 때문에 LTPS는 고해상도, 슬림베젤, 저소비전력 디스플레이 구현에 상당히 유리합니다. LTPS는 a-Si을 엑시머 레이저로 가공해 만듭니다. 위 그림과 같이 레이저가 a-Si 층에 조사되면서 움직이면, 해당 영역이 질서 정연한 바둑판 같은 입자 구성을 갖게 되는데, 이를 ELA(Excimer Laser Annealing) 공정이라 부릅니다. 그림과 같이 레이저 에너지를 받은 무질서한 배열의 a-Si는 왼쪽의 Poly-Si(LTPS)과 같이 결정화 되면서 단결정 형태의 실리콘 군집을 형성하며 TFT의 성능을 상당히 높게 증가시킵니다.

현대인의 필수품 스마트폰! 사람들은 스마트폰으로 인터넷 검색, 영화나 음악 감상, 온라인 쇼핑은 물론 간단한 문서 작업까지 진행합니다. 스마트폰이 단순히 전화 기능을 넘어, 이렇게 다양한 생활 편의 기능까지 활용 가능해질 수 있었던 이유는 무엇일까요? 스마트폰에 탑재된 여러 기술과 더불어 디스플레이 발전에 의한 효과라 해도 과언이 아닐 것 같습니다. 최근 주요 스마트폰 대부분에 탑재된 OLED 디스플레이는 2007년 삼성디스플레이가 세계 첫 양산을 시작하면서 많은 발전을 거듭해왔습니다. 사람들은 고해상도, 고화질 디스플레이를 통해 수많은 정보를 확인하고, 다양한 엔터테인먼트를 즐깁니다. 또한 얇고 휘어지는 특성이 있는 OLED를 통해 접히는 폴더블 타입의 스마트폰까지 등장했습니다. 오늘은 이러한 OLED 패널이 어떻게 만들어지는지 알아보기 위해 OLED 패널 설계에 대해 알려드리고자 합니다.   OLED 패널 설계란 설계란 단어에서 알 수 있듯이 기본적으로 패널 설계란 제품 제작을 위한 도면을 만드는 일이라고 할 수도 있습니다. 그런데 단순히 도면만 디자인하는 것이 아니라, 스펙에 맞게 기획/설계/ 검증/ 제작/ 검사/ 분석 등 모든 패널 제작 프로세스에 관여하고 있습니다. 좀 더 자세히 설명하자면, OLED 패널 설계는 원하는 스마트폰 크기나 형상에 맞게 디스플레이 패널의 dimension을 결정하고, 해상도 및 디스플레이 밝기에 따라 어떻게 패널을 만들지를 계획합니다. 또한 패널 스펙에 맞는 회로를 구성하여 패널을 디자인한 후, 검증을 통해 차세대 패널을 위한 디자인 솔루션을 만들고, 신규 회로 개발을 통해 OLED 패널 특성을 개선합니다. 그리고 패널 설계를 통해 만들어진 photo mask를 이용하여 아래 그림과 같은 공정 프로세스를 통해 패널을 만들고, 원하는 spec대로 패널이 동작하는지 검증, 분석하는 역할도 수행하고 있습니다.   OLED 패널 특성 OLED (Organic light emitting diode)는 Red/Green/Blue 유기 LED가 자체…

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…

1980~90년대 유행했던 테트리스, 팩맨, 보글보글~. 당시에 학창시절을 보냈던 사람들이라면 누구나 아는 게임입니다. 2015년 개봉했던 영화 ‘픽셀’은 ‘팩맨’,’테트리스’, ‘갤러그’와 같은 대표적인 아케이드 게임 캐릭터가 지구를 침략하는 내용으로, 영화 속에 등장하는 이 캐릭터들은 모두 디지털 이미지를 이루는 가장 작은 단위인 ‘픽셀’ 로 형상화되어 있습니다. 최근 유행하는 나노 블럭처럼 작은 사각형의 블록이 모여 하나의 캐릭터나 사물이 되는 것과 유사하지요. 80~90년대 DOS기반의 운영체제를 사용하던 시절에는 컴퓨터 그래픽이 지금처럼 발달하지 않아, 화면에서 보는 이미지는 매끄럽지 않고 격자 무늬 같은 픽셀(pixel)이 잘 보일 수 밖에 없었습니다. 당시 게임 그래픽이 거친 이유 중 하나는 모니터의 낮은 해상도 때문입니다. 깨끗하고 선명한 이미지를 감상하기 위해서 ‘화질’은 매우 중요한데요. 고화질 이미지 표현을 가능케 하는 주요 요소 중 하나가 바로 ‘해상도’입니다.   이번 편에서는 디스플레이의 가장 기본 요소 중 하나인 ‘픽셀‘과 ‘해상도’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 픽셀(Pixel)은 ‘Picture(그림) Element(원소)’를 줄인 말로 ‘화소’라고 불리며,  컴퓨터, TV, 모바일 기기 화면의 이미지를 구성하는 최소 단위입니다. 디지털 이미지들을 크게 확대해보면, 그림의 경계선마다 부드러운 곡선이 아닌 계단같이 연결된 작은 사각형들이 모여서 이미지를 형성하고 있는 것을 볼 수 있습니다. 이 작은 사각형이 바로 픽셀이며, 픽셀수가 많을 수록 좀 더 정교하고 매끄러운 이미지 표현이 가능하답니다. 디스플레이의 각 픽셀들은 색(Color)과…