[디스플레이 상식 사전] (13) OLED와 배면·전면발광구조

OLED(유기발광다이오드)는 전기를 가하면 빛이 나는 건 LCD(액정표시장치)와 동일하지만, 그 빛을 어떤 방향으로 보내는지에 따라 구조가 다릅니다. 간단해 보이는 OLED지만 이러한 구조를 정하는 데도 구현의 용이성과 공정 가능 여부, 수명, 밝기 등 고려해야 할 요소가 많습니다.

◆OLED의 두 구조, 배면발광과 전면발광

OLED는 크게 [A]처럼 빛이 TFT(초박막)로 향하는 배면발광(Bottom Emission) 구조와 [B]와 같이 빛이 바로 출력되는 전면 발광구조로 나뉩니다. 어떤 구조가 더 좋아 보이나요? 아무래도 OLED에서 나오는 빛이 TFT를 통과하려면 빛이 완전히 통과하지 못하겠지요. 직관적으로 불리해 보이는 배면발광 구조가 현재 OLED에 주로 쓰이는 방식입니다. 전면발광 구조의 장점은 너무나 많지만, 구현에 어려움이 있는 탓이죠.

◆배면·전면발광구조 무엇이 다를까?

왜 전면발광 구조가 구현이 어려운지 알기 위해서 조금 더 자세히 구성을 비교해 볼 필요가 있습니다. 바로 위 그림의 [A]는 배면발광 구조에서 한 픽셀의 단면 구조를 보여줍니다. OLED는 TFT 전극으로부터 전기신호를 받아 양극(Anode)으로부터 음극(Cathode)에 흐르는 전류에 비례하여 빛을 냅니다. [A]의 구조를 보면 양극을 통과한 빛이 TFT를 피해 아래면 유리(Glass)로 나가죠? 이게 가능하게 하려면 TFT가 OLED의 면을 다 가려서는 안 되고 통과할 면적을 만들어 줘야 합니다.

바로 위 그림에서 [B]의 구조를 보면 OLED의 빛이 음극을 통과해 바로 유리면으로 나가는 걸 확인할 수 있을 거예요. 이때 TFT의 면적은 배면발광 방식 대비 크게 중요하지 않습니다. 빛을 통과시킬 영역을 확보할 필요가 없기 때문이죠. 이렇게 배면발광과 전면발광 방식에서는 동일한 픽셀에서 빛을 내는 개구율(Aperture Ratio)의 차이가 발생합니다. 개구율이 클수록 동일 전류를 공급했을 때 더 많은 빛을 보일 수 있는 건 당연하겠죠?

여기서 잠깐! 개구율이란?

개구율은 단위 화소에서 실제로 빛이 나올 수 있는 면적의 비율로, 개구율이 높으면 동일 전류를 흘렸을 때 나오는 빛의 양이 많아 휘도가 높습니다. 때문에 개구율이 높으면 전력 소모가 적습니다. OLED는 누적 전류량에 의해 열화의 특성을 보이므로 개구율이 높을수록 수명이 길어집니다.

◆빛이 나가는 쪽이 투명해야 한다

이렇게 TFT의 구조를 봐도 배면발광 방식보다 전면발광 방식이 더 좋아 보이는데요. 왜 배면발광을 주로 사용할까요? 다시 바로 위 그림을 자세히 보면 답을 찾을 수 있습니다. OLED는 양극으로부터 음극으로 흐르는 전류에 의해 빛이 납니다. 양극과 음극 모두 전도성이 있는 물질이기 때문에 가능한데요. 먼저 위 [A]를 자세히 보면 OLED의 빛은 양극을 통과해 나오고 있습니다. 이 양극은 TFT 전극과 붙어 있고요. 이렇게 빛이 나오려면 양극과 TFT 면에 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 면적이 존재해야 합니다. 그리고 빛의 방향 반대편 전면에 깔린 음극은 빛을 반사해야 합니다. OLED에서 나오는 빛이 한 면으로만 나오지 않으니, 반대로 나오는 빛은 반사를 시켜줘야 더 많은 빛이 한쪽으로 나갈 수 있겠죠?

위의 그림 [B]는 [A]와 다르게 빛이 음극을 뚫고 지나갑니다. 그래서 음극이 투명해야 하죠. 이 음극은 OLED의 전류가 빠지는 그라운드(VSS)로 모든 OLED가 공통으로 연결됩니다. 따라서 OLED에 걸리는 전압과 전류를 동일하게 하려면 이 음극의 특성이 균일해야 한다는 전제가 있어야겠죠.

◆왜 전면발광 구조가 힘들까?

바로 위 그림은 OLED의 음극 면적을 단면으로 보여주는데 저항으로 표시했습니다. 이 음극은 공통으로 빠지는 전류가 하단부의 집적회로(IC(와 연결되는 방향으로 빠지게 되어있어요. 픽셀별로 빛을 낼 만큼 전압을 공급해주면, 패널 하단부까지 전류가 빠져야 OLED에 전류가 흐르게 되죠. 이때 면적의 저항이 크면 어떻게 될까요? 패널의 위치별로 생성되는 전압이 다르게 됩니다. 동일한 전류를 공급하고 싶어도, 위치별로 편차가 커지게 되죠. 만약 크기 큰 디스플레이라면 이런 현상은 더 큰 문제가 될 것입니다. 전면발광 구조가 힘든 이유가 여기에 있습니다.

전면발광을 위해서는 전면에 깔린 전극이 빛을 통과시킬 수 있도록 투명해야 하는데, 그럴수록 구성 물질을 얇게 만들어야 합니다. 다만 얇을수록 전류가 빠질 공간은 적어져 저항 특성은 좋지 않게 되죠. 반대로 저항을 낮추자니 투명하지 않게 되어 통과시키는 빛의 양이 적어지는 문제가 발생합니다. 이에 반해 배면발광 구조는 공통 전극이 금속이라 저항이 낮습니다. 따라서 저항 편차에 영향을 받는 화면 균일도에서 더 유리합니다. 그래서 지금 OLED에서는 배면발광 구조를 많이 쓰고 있지요.
 
◆OLED의 발전을 위한 노력
 
OLED는 지금까지 여러 기술적 어려움을 극복하며 성장해 왔습니다. 배면발광 방식이라고 해서 화질에 문제가 있는 건 아니지만, OLED의 수명을 늘리고 더 밝은 화면을 만들려면 전면발광의 기술개발이 계속 이루어져야 할 것 같습니다. 저항을 더 낮게 하기 위해, 더 투명한 전극을 만들기 위해 어떠한 해결책이 앞으로 나오는지 지켜보는 것도 흥미로울 것 같네요.

LG디스플레이 홍보팀