[디스플레이 상식 사전] (5) LCD·OLED, 발광 원리로 보는 구조 차이

“전기적 신호로 빛의 강약을 조절하고 싶은데 어떻게 하면 좋을까? 제품에서 나는 빛을 켜고 끄는 것은 물론 조절까지 양쪽 가장자리 테두리에서 조절하고 싶다.”

예전에 이런 질문을 받았는데, 다음과 같이 간단하게 대답할 수 있었습니다.

“그게 바로 액정(Liquid Crystal)이에요!”

◆빛의 방향을 바꾸는 액정을 이해하자!

빛을 조절하고 통과시키고 싶다면, 액정을 이용하면 됩니다. LCD(액정표시장치)는 2개의 편광판(Polarizer) 사이에 액정을 넣고 이 액정을 움직여 빛의 통과 여부를 결정지어주는 원리를 이용한 겁니다. 수백만개의 픽셀 각각에 전압을 다르게 공급하면 그 전압이 주는 신호에 따라 각 픽셀에 해당하는 액정이 움직이는데, 이것이 빛의 방향을 바꿔주는 원리죠.

위 그림은 백라이트(후광)의 빛이 편광판과 액정을 거치면서 어떻게 방향을 달리할 수 있는지 보여줍니다. 먼저 [A]를 볼까요? 편광판을 통과해 단방향으로 바뀐 빛이 유리(글라스·Glass) 사이의 액정을 통해 90도로 방향을 튼 게 보이시죠. 편광판은 여러 방향으로 퍼지는 빛을 단방향으로 모아 통과시키는데, 그 사이의 액정이 빛의 방향을 90도 만큼 바꿔주면 손실 없이 상단에 있는 편광판을 통과할 수 있게 됩니다.

반면 [B]에서 보면 액정에서 빛의 방향을 바꾸어주지 않아 방향이 90도 다른 편광판에 막혀버린 상태입니다. 결국 방향이 다른 두 편광판 사이에서 액정이 빛의 방향을 얼마나 조절해 주느냐에 따라 화면에 빛이 나오는지 아닌지가 결정되는 거죠. 이 설명을 실제로 구현한 영상을 보며 내용을 정리해보겠습니다.

◆전기를 걸어주면 바로 빛이 나는 자발광 소자 OLED(유기발광다이오드)

그렇다면 이제 OLED의 원리를 알아보겠습니다. 아래 [A]와 [B]는 OLED에 대한 소개자료에서 자주 볼 수 있는 그림입니다. [A]는 OLED의 구조로, OLED에 전기가 공급되는 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에서 전하와 정공이 만나 빛이 나는 원리를 보여주고 있는데요. 아래 4개 상자 중 EML(발광층)이 빛을 내는 유기물이고, 그 주변 HIL(정공주입층)과 HTL(정공수송층), ETL(전자주입층)은 전하와 정공이 EML까지 쉽게 이동할 수 있도록 하는 물질입니다.

[B]는 OLED가 연결된 픽셀 회로를 그렸는데요. LED 모양으로 그려진 것이 OLED입니다. 여기서 전류가 공급되는 쪽이 양극, 전류가 빠지는 쪽이 음극이고 그 사이에 OLED가 위치한 모습을 확인할 수 있습니다. 그러니까 [B]의 OLED를 세부적으로 표현한 것이 [A]인 셈이지요.

[A]를 보면 OLED가 꽤 두껍게 보일 수도 있는데요. OLED는 그림처럼 여러 층으로 구성되지만, 사실 두께는 100~200㎚(1㎚는 10억분의 1m)밖에 되지 않습니다. 머리카락의 두께가 100㎛인데, OLED는 머리카락과 비교해 1000분의 1 정도로 얇다고 보시면 됩니다.

◆자발광 고해상도 디스플레이를 가능케 하는 OLED

OLED는 자발광 소자입니다. 전압을 가하면 자체적으로 빛이 나죠. 원리는 LED와 같지만, 유기물로 구성된 LED라 대형 및 고해상도를 요구하는 디스플레이에서 굉장한 장점을 가집니다. 게다가 LED는 개별 픽셀 단위로 조절하기 위해 그 수만큼 많은 개체를 필요로 하지만 OLED는 그럴 필요가 없습니다.

OLED 패널(Panel)이 만들어지는 과정은 다음과 같습니다. 유기물(OLED)이 담겨있는 작은 통에 열을 가합니다. 유기물은 기체가 되어 날아가죠. 그리고 천장에는 디스플레이 전면에 사용되는 유리가 붙어있어요. 좁은 통 안에서 가열되어 날아간 이 기체는 천장에 위치한 유리에 닿아 붙어버립니다. 이 유리에는 이미 TFT(초박막)들이 올라와 있죠. 그리고 유리에 붙은 유기물들에 TFT를 이용하여 전류를 흘려주면 빛이 나게 되는데, OLED는 이런 증착이라는 과정을 통해 TFT 위에 올리기만 하면 고해상도의 패널로 변신합니다. 물론 이렇게 간단해 보이는 과정을 현실화하려면 정말 많은 시간이 필요했지만요.

앞서 살펴본 것처럼 LCD와 OLED는 빛을 내는 원리가 다릅니다. 이런 발광원리의 차이는 두 디스플레이의 가장 근본적인 차이죠. 이로 인해 구조도 다르고, 공정도 다르고, 특성도 다릅니다.

LG디스플레이 홍보팀