디스플레이 패널(Display Panel)의 종류 ① - OLED

디스플레이 패널이란?

TV나 모니터에서 화면을 보여주는 영역을 디스플레이 패널 혹은 모니터/TV 패널이라고 부르며 화면을 보여주는 방식 즉, 영상 및 이미지를  구성하는 각 픽셀의 색상을 표현하는 방식에 따라 CRT, TN, LCD, IPS, PDP 등등 다양한 이름을 가진다. 본 블로그에서는 다양한 패널 중 모니터에서 주로 판매되는 디스플레이 패널인 TN, VA, IPS, OLED만을 다룰것이고 OLED 패널에 대해 먼저 패널의 특징부터 장/단점 등을 정리해보려고 한다.

OLED 패널이란?

OLED는 Organic Light Emitting Diode의 약자로 번역하면 유기 발광 다이오드라고 한다. 유기물을 사용해 빛을 내는 반도체 소자라는 뜻으로 소자에 전력을 가했을 때 유기물에서 발생하는 산화와 환원 과정에서 빛이 발생하는 원리를 이용한다. OLED 패널은 크게 세 가지 방식으로 구분되는데 픽셀을 구성하는 빛의 3원색인 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 빛을 낼 수 있는 서브픽셀 하나하나가 OLED로 구성되어 있는 RGB 패널, 청색 OLED의 수명이슈를 조금이라도 피하기 위해 흰색 OLED를 서브픽셀의 백라이트로 사용하는 WOLED 패널, 컬러필터 보다 높은 색 재현을 할 수 있는 퀀텀닷 필름을 사용하고 고휘도를 위해 에너지가 높은 청색 OLED를 서브픽셀의 백라이트로 사용하는 QD-OLED 패널로 나뉜다.

OLED 패널의 종류

RGB OLED

디스플레이에서 색을 표현하는 최소 단위를 1픽셀이라고 하고 이 1픽셀은 보통 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색을 표현하는 3개의 서브픽셀로 구성되어 있는데 이 3개의 서브픽셀 하나하나가 OLED로 구성되어 있는 패널로 가장 일반적인 OLED 패널이다. 그렇다보니 현재 OLED중 청색 OLED의 수명이슈로 인해 다른 방식의 OLED 패널보다 번인에 매우 취약한 편이다.

 

이를 극복하기 위해 서브픽셀의 구성이 일반 디스플레이 패널처럼 스트라이프 방식이 아닌 팬타일 방식으로 서브픽셀을 배치 시켜 청색 OLED를 더 많이 넣거나 크기를 더 키우는 방식으로 해결하는 OLED패널을 제작한다. 다만 저렇게 배치하면 1픽셀당 3서브픽셀이 아닌 1픽셀당 2서브픽셀로 처리되는게 대부분이라 인치당 픽셀 밀도(PPI)가 낮으면 텍스트 가독성이 매우 나빠지기 때문에 PPI가 낮게 측정되는 모니터에서는 선호하지 않는다.

사진 1. LCD와 OLED의 구조 차이

이미지 출처 : https://blog.lgchem.com/2016/05/lcd-vs-oled/

WOLED

RGB OLED에서 1픽셀의 기본 구조가 적색, 녹색, 청색을 나타내는 서브픽셀로 이루어져 있다면 WOLED 패널은 흰색의 서브픽셀이 추가가되 1픽셀에 4개의 서브픽셀로 구성된 형태다.

 

WOLED의 기본 토대는 적색, 녹색, 청색을 흰색 OLED 소자를 백라이트로 쓰고 컬러필터를 사용해 색을 재현하는 방식이지만 이렇게 되면 정작 흰색을 표현할 때 효율, 특히 휘도가 너무 낮아지기 때문에 좀 더 효율적인 흰색 표현을 위해 흰색의 서브픽셀이 추가된 것이라고 보면 된다.

 

이 구조는 청색 OLED가 다른 색상의 OLED보다 수명이 짧아 번인현상이 빠르게 나타나는데 이런 단점을 조금이라도 해소하기 위해 개발된 기술이다. 다만 컬러필터를 사용하여 색을 표현하기 때문에 색 재현도가 RGB OLED나 QD OLED에 비해 조금 떨어지는 편이다.

사진 2. WOLED 패널과 일반 OLED 패널의 구조 차이

이미지 출처 : https://news.lgdisplay.com/2016/09/%EB%94%94%EC%8A%A4%ED%94%8C%EB%A0%88%EC%9D%B4-%EC%83%81%EC%8B%9D-%EC%82%AC%EC%A0%84-%EC%BB%AC%EB%9F%AC%ED%95%84%ED%84%B0color-filter/

QD-OLED

WOLED와 매커니즘은 비슷하다. WOLED는 흰색을 백라이트로 사용해 적색, 녹색, 청색 컬러필터로 색을 표현하지만 QD-OLED는 청색 OLED를 백라이트로 사용하고 퀀텀닷이라는 물질로 이루어진 필름으로 청색을 제외한 적색과 녹색을 표현한다. 즉 단색광(흰색, 청색)을 백라이트로 사용하고 단색광으로 표현할 수 없는 빛의 3원색을 필름을 사용해 색을 구현한다는 점은 같다는 소리다.

 

다만 기술적으로는 완전히 다른 패널이라 봐도 무방한데 그 이유는 WOLED의 컬러필터와 퀀텀닷 필름은 색을 표현하는 원리 자체가 다르기 때문이다. 간단하게 표현하자면 WOLED는 흰색 빛에 있는 가사광선 파장 중 적색, 녹색, 청색만 통과시키고 나머지는 반사시키는 방식으로 색을 표현하지만 퀀텀닷은 백라이트는 청색이지만 퀀텀닷에 의해 청색 파장이 녹색파장이나 적색 파장으로 바뀌게 되어 마치 각각의 단색 OLED가 빛을 내는 것 처럼 보인다는 차이가 있다.

사진 3. WOLED와 QD-OLED의 구조 차이

이미지 출처 : https://olednet.com/how-will-samsung-electronics-secure-its-premium-tv-market-share-2/

OLED 패널의 특징

자발광 서브픽셀

LCD 계열의 모니터는 액정이라는 물질을 이용해 백라이트에서 나오는 빛을 차단하거나 통과시켜주 식으로 명암을 표현하거나 적색, 녹색, 청색에 해당하는 서브픽셀의 색상을 표현하지만 OLED 패널은 서브픽셀 하나하나가 자발광을 할 수 있는 반도체 소자로 구성되어 있다. 이런 구조라서 얻을 수 있는 대부분의 특징이 디스플레이 패널의 장점으로 나타난다.

 

빠른 반응 속도

서브픽셀 단위로 직접 빛을 내는 구조다 보니 색표현과 명암 표현을 전류 세기만 조작하면 되는 수준이기 때문에 소자 반응이 즉각적이라 인풋렉, 응답속도 등이 아주 빠른 편이다. (LCD 패널 중 IPS 패널의 평균이 5 ~ 12ms이지만 OLED는 평균이 0.1ms 수준)

 

높은 색 재현율

대부분의 디스플레이 패널은 백라이트에서 나오는 빛을 컬러필터로 걸러서 적색, 녹색, 청색을 표현하지만 생각보다 높은 순도로 필터가 되지 않는다. 그렇기 때문에 각 색 재현에 많은 제약이 생기게 되는데 OLED는 적색, 녹색, 청색에 해당하는 빛의 파장을 그대로 출력하기 때문에 색 재현에 생기는 제약이 다른 디스플레이 패널보다 덜하다.

 

높은 명암비

LCD 패널은 백라이트의 빛을 가리는걸로 암부를 표현하고 있지만 완전히 차단할 수 없기 때문에 약간의 빛샘 현상이 나타나서 명암비가 낮지만 OLED는 소자가 내뿜는 빛의 양을 줄이거나 끄는것으로 암부 표현이 가능해 높은 명암비를 가지기 때문에 체감되는 색 재현율이 크게 다가온다.

사진 4. OLED와 LCD의 블랙표현 차이

이미지 출처 : https://news.lgdisplay.com/2015/09/displaymate/

 

균일한 휘도

서브 픽셀 자체가 빛을 내는 패널이기 때문에 소자 자체에 불량이 섞여 있는게 아닌 이상 디스플레이의 어느 영역을 봐도 거의 균일한 휘도로 측정이 된다.

 

취약한 번인 현상

유기물이 전기 에너지로 산화와 환원을 하는 도중 외부 요인에 의해 유기물이 정상적으로 산화/환원이 되지 않고 다른 화학식으로 반응이 일어나게 되면 유기물의 총량이 변하게 되는데 이 때 각 소자의 밝기가 떨어지게 된다. 이런 현상이 특히 청색 OLED에서 심하게 난다고 알려져 있고 이로인해 각 소자의 휘도 불균형이 누적되어 번인 현상이 나타나게 된다.

 

흰색 표현 시 LCD보다 높은 소비전력

일반적인 경우에는 어두운 영역은 전류량을 줄이거나 아얘 전류 차단을 할 수 있기 때문에 항상 백라이트를 켜둬야 하는 LCD 보다 소비전력이 낮지만 흰색표현의 경우 같은 휘도로 비교할 때 LCD는 백라이트에서 나오는 빛을 그대로 투과시켜주면 되지만 OLED는 모든 서브픽셀이 빛을 내줘야 하기 때문에 흰색 표현에 대해서는 소비전력이 LCD보다 높아지는 경우가 많다.

OLED 모니터를 구매할 때 고려해야 할 사항

이 글이 작성된 시점에는 모니터로 사용할만한 OLED 패널 제품들이 많은 상황은 아니다. 아얘 소형 패널로 나온 포터블 모니터나 TV 패널을 사용해 만든 40인치대 제품들인 간간히 보이나 24 ~ 38인치대의 제품에서는 아얘 없다고 봐도 될 정도다. 그래도 40인치대의 대형 모니터 혹은 TV에 대한 수요도 없는건 아니기에 OLED 모니터 구매를 고려할 때 알아야할 사항을 간단하게 적어보려고 한다.

ABL에 대한 정보를 찾아본다

ABL이란 Automatic Brightness Limiter의 약자로 자동 밝기 제한으로 이해하면된다. OLED 패널의 최대 단점인 취약한 번인현상을 최대한 억제하기 위한 기술 중 하나로 흰색(혹은 밝은 색)을 표현하는 픽셀의 비율이 일정 이상 많아질수록 최대 밝기를 제한하는 기능이다. 유사한 기능으로는 ASBL이라는게 있는데 이는 컴퓨터 바탕화면이나 단순 이미지 같이 패널이 보여주는게 정적인 영상인지를 감지하면 서서히 최대 밝기를 제한하는 기능이다.

 

보통 전체 OLED 소자 중 흰색 기준 20%를 표현하고 있으면 최대 밝기를 낮추기 시작하고 70%를 넘기게 되면 심할 경우 130nit까지 밝기를 낮춘다. 대부분의 LCD 모니터가 250 ~ 300nit의 최대 밝기를 제공해주는데 이와 비교해보면 밝기가 생각보다 많이 낮아진다고 볼 수 있다.

 

수명 개선이 된 제품일수록 ABL 밝기가 점점 높아지기 때문에 모니터 밝기를 80 ~ 90가까이 유지하는 편이라면 ABL 정보를 찾아보고 OLED 모니터를 구매할지 말지 결정하는게 좋다. 대부분의 OLED 패널은 ABL 기능을 종료할 수 없기 때문이다. 대부분이라고 말했지만 아직까진 최대 밝기 자체가 높은 제품이 아닌이상은 모든 OLED 패널엔 ABL이 상시 동작한다고 보면 된다.

번인 무상 수리 기간을 확인한다.

모니터와 TV의 번인 무상수리 정책이 다르기 때문에 꼭 확인을 해야한다. 되도록 번인 무상수리 기간이 긴 제품을 고르는게 가장 좋으나 대부분이 2년안에 번인이 발생했을 때만 수리를 해주기 때문에 1년인 제품만 피하면 번인 현상에 조금 편하게 대처가 가능할 것이다.