OLED
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1. 정의
OLED(유기 발광 다이오드)는 유기 화합물 층으로 이루어진 LED 반도체 소자 중 하나이다. 최초의 OLED라고 부를 수 있는 소자는 1987년 미국 코닥社에서 당칭완(鄧青雲, Ching W. Tang)[1] 박사와 스티븐 밴슬라이크(Steven Van Slyke)가 태양광 셀 연구 도중 발명하였다.
2. 특징
LCD를 대체할 차세대 디스플레이로 각광받고 있으며 많은 기업들이 연구 중에 있다.
OLED의 장점은 소자가 자체발광이기 때문에 LCD와 달리 백라이트가 필요없고 덕분에 박막화가 가능하며 무게가 가볍고 야외에서도 또렷한 가독성을 제공한다. 백라이트 방식이 아니기 때문에 검은 화면은 아예 소자를 꺼버릴 수 있어서 명암비와 색 재현력도 대단히 좋은 편. 특히 블랙은 완전한 블랙이다. 명암이 끝내준다는 VA 패널보다도 더 좋다. 명암비를 나타낼 때 '''inf:1'''[2]로 표시한다. 응답속도도 LCD에 비해 매우 뛰어나다.[3] 또한 어두운 영상을 표시할 때는 소자의 전력 소모가 줄어들기 때문에 실 사용 환경에서는 전력 효율이 좋다.[4] 밝은 영상에서도 기술의 발달로 LCD를 능가한 상태.
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단번에 봐도 LCD를 탑재한 iPhone 11보다 OLED를 탑재한 iPhone 11 Pro, iPhone 11 Pro Max의 블랙이 더 선명하다.
단점은 발광 소자의 수명이 짧아서 PDP나 CRT 방식과 같이 같은 색을 오랫동안 노출하면 번인 현상이 일어나 눈에 보이는 얼룩이 남게 된다. RGB 중 빨간색이나 녹색은 많이 좋아졌으나 아직 파란색은 갈 길이 멀다는 평이다. 때문에 전시장과 같이 오랜 시간 밝게 켜져 있는 환경에서는 몇주도 안 된 신품에서도 얼룩덜룩한 화면을 볼 수 있다. 이 때문에 삼성전자에서는 수명 문제가 없는 양자점 디스플레이, 즉 자발광 QD-LED에 대한 연구를 진행하고 있다. 그러나 자발광 QD-LED는 아직 개발되려면 멀었고, 임시방편으로 나온 QD-LCD 방식의 QLED TV는 LCD에 QD 필터를 적용한 것일 뿐이다. QLED 이외에도 마이크로 LED가 대안으로 꼽히고 있지만, 제조 과정이 까다롭고 가격이 너무 비싼 것이 문제이다.
모바일 등에 쓰이는 소형 디스플레이 분야에서는 삼성디스플레이의 독점에 가까운 상황이며, TV에 쓰이는 대형 디스플레이는 LG디스플레이만이 대량생산에 성공했다. 이 둘이 각 분야 최강(점유율과 기술력 모두)의 자리에 있으며, 그 외에 파나소닉, JDI 등 여러 회사에서 제조하고 있다.
특히 삼성디스플레이는 소형 OLED 분야에서 엣지 디스플레이나 주사율 120Hz 패널을 양산하고 있고, 모바일 분야의 라이벌 기업이라고도 볼 수 있는 애플의 아이폰 X의 디스플레이 부품을 납품하고 있다.[5] LG에서는 대형 OLED 분야에서 LG 시그니처 TV에 기술을 접목하여 무려 '''2.57mm'''의 두께를 가진 흠좀무스러운 TV를 발표하고, 말리는 TV까지 만들었다. 그리고 세계 최초로 8K OLED TV까지 만들었다.[6]
OLED를 "유기 EL"이라고 부르는 경우가 있다. OLED의 일본식 번역어인 유기 일렉트로루미네선스(有機エレクトロルミネッセンス)에서 온 말이며, 당칭완 박사의 논문에서 사용된 용어 "Organic electroluminescent"에서 유래했다. 우리나라에서는 2004년 8월 전면부 표시창이 까만 LG-KP6100이 "최초의 유기EL폰" 타이틀을 갖고 출시되며 이 단어를 사용하기 시작했다. 2013년 즈음엔 유기EL 대신 AMOLED로 용어가 대체되어갔으며 # 지금은 사실상 일본에서만 사용되는 용어가 되었다. 다만 Electroluminescence는 전하를 공급해 빛을 방출하는 '현상' 그 자체를 지칭하는 용어로 자주 사용된다.
2019년, 원래 스마트폰보다 큰 대형 OLED를 양산하지 않던 삼성이 애플에게 무려 '''노트북용''' OLED 패널을 공급할 예정이다. 이미 2019년 2월부터 양산을 시작했으며 양산한 패널은 15.6인치짜리 4K 제품이다. 애플은 이 패널을 이용해서 맥북프로 시리즈와 아이패드 프로 시리즈에 적용시킬 예정으로 OLED의 사용범위가 점차 늘어가고 있다.
2019년 9월 말 DELL은 OLED 게이밍 모니터를 출시할 예정이라고 한다. # 해당 모니터의 패널은 LG디스플레이가 공급한다. 다만 3999달러에 달하는 너무 비싼 가격이 문제. 모니터 하나에 470만 원이 넘기 때문에 소수의 매니아들만 쓸 단계이고 아직 상용화라고는 할 수 없다. (모니터가 무려 55인치라서 55인치 OLED TV와 큰 차이가 없다) LG는 2020년 3분기부터 48인치 OLED를 양산한다.
3. 방식
3.1. PMOLED vs AMOLED
초기 OLED는 구동방식에 따라 아래와 같이 '''두 종류'''로 분류되었다.
- PMOLED - Passive-Matrix Organic Light Emitting Diode 수동형-매트릭스 유기 발광 다이오드
- AMOLED - Active-Matrix Organic Light Emitting Diode 능동형-매트릭스 유기 발광 다이오드
PMOLED는 구조가 간단하여 저렴하고 기술력도 그리 많이 필요하지 않으며 '''양산이 용이'''하다는 장점이 있다. 길거리에 흔히 보이는 전광판들이 이 PM 방식이다. 그러나 대형화, 고해상도 구현이 힘들고 무엇보다도 플리커링이 심하다[8]는 단점이 있다. 폴더폰 전면의 작은 정보표시창에 PMOLED가 주로 쓰였다. 이후 TFT-LCD의 가격이 급락하며 OLED에 차용되고 삼성이 AMOLED에 공격적인 마케팅을 전개하면서 PMOLED는 빠르게 사장되었다. 즉 2010년 즈음 이후로는 AMOLED, OLED TV 등등 모두 Active-Matrix 방식이고, 이름을 달리 부르는 것은 단지 상표 문제 때문이다.
AMOLED의 경우, 저분자 발광소자에 대한 원천 특허는 미국의 코닥사가 가지고 있었으나 LG디스플레이에서 인수하였고, 고분자 발광소자와 유기물을 제어하기 위한 TFT 기술들 중에서 비정질 금속 산화물 TFT 기술은 일본에서 최초로 개발되었다. 그러나 여러 가지 기술적 난제들을 극복하지 못한 채, 일본업체들은 양산을 포기하고 대신 LCD에 집중하였다. 이후에 삼성전자가 TFT-LCD의 후속 디스플레이를 AMOLED로 정하고[9] 삼성SDI를 통해 기술개발을 시작하여 '''2007년 10월 세계 최초로 양산에 성공했다.'''
이후, AMOLED를 구현하기 위해 가장 필요한 TFT 기술이 반도체를 만들던 삼성전자의 것과 유사성이 많다는 이유로 삼성SDI의 AMOLED 사업은 2009년 1월부로 삼성전자와 SDI의 합작사인 삼성모바일디스플레이에게로 넘어갔다. 그렇게 약 3년 동안 삼성은 '''전 세계 AMOLED의 99%를 독점하다시피 납품했으며''' 2012년 7월, 삼성디스플레이로 SMD가 합병당하여 2013년부터 삼성디스플레이가 AMOLED를 제조하고 있다.
3.2. WOLED
White OLED. '''대형 OLED 패널 구현(을 가능하게 해주는) 방식'''으로 알려졌으며, LG디스플레이가 밀고 있다.
R-G-B OLED가 각각의 서브픽셀을 담당하는 기존 기술과 달리, 1픽셀의 소자가 백색으로 발광한 후 R-G-B 컬러필터를 통과해서 각각의 서브픽셀의 빛을 내는 구조로 되어있다. 백색 소자는 청색 소자, 주황색 소자, 청색 소자를 일렬로 쌓아올려 합쳐진 색으로 백색을 표현하였으며, 내구성이 약한 청색을 두개로 발광하도록 증착하는 특징이 있다. (기술 개발에 따라 앞으로 구현될 구체적인 색소 조합 및 방식은 개선되어 다소 달라질 수는 있다.) 백색 소자 하나가 R-G-B 모두를 담당하는 만큼 상대적으로 OLED 픽셀 크기를 넉넉하게 가져갈 수 있다는 장점이 있다.
WOLED 앞에 붙은 컬러필터는 LCD의 컬러필터와 똑같은 역할을 한다. LCD의 해당 픽셀의 백라이트를 OLED 소자로 대체한 것으로 비유할 수 있다. 이론적으로 R-G-B 각각 구현한 기존 OLED(삼성 AMOLED)의 효율이 WOLED보다 우수한 것은 맞지만, WOLED는 수율과 명암비 특성[10]에서 뛰어난 면모를 보인다. 특히 대형 OLED 패널 생산 수율에서 큰 강점(사실상 유일한 선택지)을 보이고 있다.
2019년 대형 OLED 패널을 양산 중인 업체는 세계적으로 LG디스플레이가 유일하다. OLED TV는 LG 전자와 파나소닉, 소니 등 일본 업체들과 스카이워스, 창홍, 콩카등 중국 업체, 필립스, 로에베 등 유럽 업체들에서 출시된다. [11]
상표와 기술명이 혼재되어 있어 다소 오해의 소지가 있는 점을 짚자면,
- WOLED는 사실 AMOLED다. 삼성의 AMOLED에 대응하여 LG의 WOLED로 마케팅을 하는데, 사실 AMOLED는 OLED의 구동 방식 중 하나일 뿐 결국 WOLED도 AMOLED라고 할 수 있다.
- WOLED는 "OLED 백라이트 LCD"와 다르다. WOLED는 각각의 픽셀이 독립적으로 발광하고, OLED 백라이트는 화면 전체가 발광한다.
- RGBW (혹은 M+) 와는 결이 전혀 다른 얘기다. 이는 컬러필터의 서브픽셀 배치 방식일 뿐이지 발광 방식은 아니다.
4. 사건사고
4.1. 삼성 연구원들 OLED 유출 미수 사건
檢, 세계 최초 개발한 첨단기술 유출 삼성디스플레이 전현직 연구원 구속기소
국가정보원 산업기밀보호센터에서 적발한 사건. 이후 대검찰청에서 수사 정보들을 국정원으로부터 넘겨받아 수원지검에 배당했다.
5. 기타
처음에 삼성이 AMOLED를 다루면서 아몰레드라는 명칭을 밀고 나갔을 때만 해도 "이건 영 아닌데", "그럼 OLED는 올레드인가" 하는 반응이 뒤따랐지만, 얼마 지나지 않아 진짜로 제품명과 광고에 나오게 되었다. 그것도 삼성과 경쟁관계에 있는 회사에서..
여담으로, LG전자가 처음으로 스마트폰용 AMOLED 디스플레이를 사용한 LG G Flex는 삼성디스플레이와 동일한 RGB 유기물 증착 방식으로 패널을 제작했다고 한다. 문제는 LG디스플레이 입장에서는 숙련되지 않은 기술이었으므로 한지 현상이나 잔상이 있는 등 갤럭시 넥서스 수준의 디스플레이 품질로 상당히 좋지 않다는 평을 받고 있다. 자세한 내용은 항목 참조. 그나마 후속작인 LG G Flex 2는 꽤 괜찮아졌다고는 하지만 아무래도 비슷한 시기의 경쟁사 제품들이 잘 나와서 묻힌 감이 있다.
[1] Tang 박사는 홍콩 태생이며 당칭완(dang6 cing1 wan4)은 홍콩의 주요 언어인 광동어 발음이다. 표준중국어로는 덩칭윈(Dèng Qīngyún)이라고 읽는다. 미국 국적 보유자이므로 영어식으로 '칭 탕'으로 읽을 수도 있다.[2] infinity, 즉 무한.[3] LCD의 응답속도는 밀리초(ms)로 측정하고, OLED의 응답속도는 '''마이크로초(μs)'''로 측정한다. 이것만 봐도 OLED의 응답속도가 얼마나 빠른지 짐작이 갈 것이다.[4] LCD는 특성상 어두운 영상이나 밝은 영상이나 전력 소모가 별 차이 없다. LCD도 백라이트를 조절하면 어느 정도 가능하기는 하지만 영상 품질 등의 문제로 이런 방법은 별로 쓰이지 않는다.[5] 애플이 과거 아이폰 초창기에는 삼성 파운드리에서 AP를 수주하고, 메모리등 다양한 부품에 삼성제를 사용했는데 시간이 지나 삼성과 애플의 라이벌 구도가 생기고 특허 소송등의 이유로 사이가 멀어지자 AP는 TSMC, 메모리는 마이크론에게 맡기며 부품에서 삼성을 넣지 않게끔 노력해왔지만 OLED 디스플레이만큼은 BOE등의 다른 제조사를 물색해봐도 생산력, 품질, 가격면에서 아쉬움이 많아 여전히 삼성과 LG 디스플레이를 사용하는 것만 봐도 OLED 분야에서 삼성과 LG가 가진 기술력과 영향력을 알 수 있다. 최근 소식에 의하면 BOE가 여전히 애플의 기준을 맞추지 못했다고 한다.[6] 최초 8K가 아닌 OLED TV 중 최초 8K이다.[7] 발광소자들을 가로세로로 배열한 것.[8] 낮에 사진을 찍어 보면 화면 대부분이 꺼져 있는걸 볼 수 있다. 단순 정보 전달용 화면으로는 큰 문제가 되지 않지만, 글을 읽는 경우 피로가 심해진다. 그 당시 휴대폰 디스플레이는 글을 읽기에는 화면이 무척 작았지만(...)[9] 원래는 VA 패널을 쓰려 했으나 모바일에서 사용하기가 어렵다는 판단 때문에 초창기에 개발하다가 포기하였다. 정확히는 VA패널이 액정을 누르면 복원속도가 무척 느려서 감압식 터치스크린에서는 사실상 사용이 불가능했던게 주 원인 [10] WOLED는 적층 방식에 CGL을 추가한 방식인데 이를 적용하면 미세한 전류가 흐를 때, RGB 방식 대비 거의 발광되지 않는 의외의 특성이 있어 CR 특성이 더욱 우수하다는 장점이 있다.[11] 참고로 경쟁업체인 삼성전자는 스마트폰용 OLED(소위 AMOLED)기술로는 대형 패널을 생산하지 못하여 결국 TV에서 OLED를 패스하고 차세대 디스플레이인 마이크로 LED 개발에 집중하게 된다. 그때까지 상당한 시일이 걸릴 것으로 예상되는 바, 삼성은 양자점 필름을 붙인 LCD TV를 QLED(...)라 이름 붙여 팔아 버티고 있다.(정확하게 구분하자면 삼성의 QLED는 QD-LCD이며 LG는 QD-LCD와 유사한 나노셀 LCD TV를 생산하고 있다.) 대략 크고 싸게 만들 수 있기 때문에 은근 잘 팔리며 OLED TV를 잘 견제하고 있다(...)