여러분은 ‘디스플레이’하면 어떤 게 떠오르시나요? 상품을 진열하고 있는 쇼케이스? 아니면 지금 이 글을 보고 있는 PC 혹은 스마트폰의 화면? ‘보이다’, ‘펼치다’라는 의미의 Displico를 어원으로 하는 디스플레이는 오래전부터 진열 및 전시의 의미로 통용되었는데요. 전자공학이 급속하게 발전하기 시작한 20세기 이후부터는 ‘전자 신호를 시각적 형태로 전달하는 표시 장치’의 의미로 널리 사용되고 있어요.
오늘은 바로 ‘전자 디스플레이’에 대해 이해하기 쉽게 소개해 드릴 예정! 디스플레이의 변천사부터 이와 함께 발전한 반도체 기술까지 차근차근 알려 드릴 테니 모두 집중해 주세요
▪ 전자 디스플레이 : ‘표시 장치’라는 뜻으로 전자적인 형태로 다양한 시각 정보를 제공하는 기기 명칭
[분류]
▪ 발광형(Emissive Display)
- 소자가 스스로 빛을 내는 자체 광형 디스플레이로, LED와 OLED가 이에 해당
▪ 비발광형(Non-Emissive Display)
- 소자가 빛을 내지 못해 백라이트 등의 별도 광원을 필요로 하는 디스플레이. 대표적 예로 LCD와 ECD
전자 디스플레이의 시작은 여러분이 ‘브라운관’으로 알고 있는 그것! CRT(Cathode Ray Tube)의 발명으로부터 시작됩니다. CRT는 음극 전자가 형광 물질이 칠해진 유리면에 닿으면 발광하는 특성을 이용해 화면을 보여주는 디스플레이인데요. 저렴하면서 해상도가 높아 각광받았지만, 화면이 커질수록 두꺼워지는 구조적 특성이 치명적인 단점으로 작용해 점차 사용이 줄게 되죠.
이후 슬림한 TV에 대한 수요를 만족시키기 위해 등장한 것이 PDP(Plasma Display Panel)와 LCD(Liquid Crystal Display), 즉 평판 디스플레이입니다. 기체 상태의 플라즈마*가 순간적으로 전기 자극에 반응하는 원리를 이용하여 화면을 구성하는 PDP. 그리고 색 표현을 위한 빛을 별도의 광원(백라이트)을 통해 공급받고 이를 액정의 움직임을 통해 조절하는 LCD. 이 두 디스플레이는 ‘빠른 응답 속도’와 ‘높은 전력 효율성’이라는 각기 다른 장점을 내세우며 시장 패권을 놓고 치열하게 경쟁했는데요. 다들 알다시피 승자는 바로 LCD! PDP는 픽셀이 스스로 빛을 내는 디스플레이로, LCD 대비 소비 전력이 클 뿐만 아니라 발열이 발생한다는 문제가 있어 시장의 선택을 받지 못합니다.
*플라즈마 : 중성의 원자에 에너지를 가해 극성을 갖는 원자핵 이온과 전자로 분리된 상태
그렇게 2000년대까지 LCD가 소형부터 100인치급에 가까운 대형 디스플레이까지 대부분의 영역을 점하게 되는데요. 이러한 독주는 그리 오래가지 못합니다. LCD보다 더 얇고 화질은 좋은 데다 패널을 자유자재로 구부릴 수 있는 OLED(Organic Light-Emitting Diode)가 등장했기 때문! OLED는 전류의 흐름에 따라 유기 화합물이 스스로 빛을 내며 화면을 구성하는 형태로, LCD와 달리 백라이트, 컬러 필터 등 복잡한 구조를 사용하지 않아 더욱 얇고 유연한 구조를 구현할 수 있어요. 이는 플렉시블, 폴더블 기기에 대한 수요와 딱 맞아떨어져 시장의 급격한 성장을 이루는데요. 자발광 소자 특성상 색 재현력이 뛰어나고 응답 속도가 빠른 장점을 지녀 스마트워치, VR 등의 첨단 IT 기기 디스플레이로도 활발히 활용! LCD의 자리를 위협하는 ‘대세 디스플레이’로 자리를 잡게 됩니다.
형태는 다양하게, 화면은 더 선명하게! 디스플레이는 변화하는 수요에 따라 끊임없이 발전했습니다. 그런데 이 발전의 이면에는 숨은 조력자가 있다는 사실, 알고 계셨나요? 그 정체는 패널 내 수많은 픽셀을 제어해 다채로운 색감을 구현해 주는 DDI(Display Driver IC) 패키지! DDI는 디스플레이 화면 구현을 위한 필수 반도체로, 보통 핵심 기능을 구동시키는 주요 부품들과 함께 ‘패키지 형태’로 패널에 부착됩니다. 그리고 ‘패키지를 결합하는 방식’, 즉 DDI 패키지 공법은 디스플레이에 발맞춰 발전하며 변화하는 수요에 대응해 왔어요.
초창기 공법은 디스플레이 유리 기판 위에 직접 패키지를 부착하는 COG(Chip On Glass)에서 시작됩니다. 이러한 방식은 DDI와 디스플레이 표면 사이 거리를 최소화해 전력 낭비가 적고, 패널의 경량화도 가능해 현재까지 소형 LCD 디스플레이에 활발히 활용되고 있는데요. 하지만 기판 하단부에 별도의 공간을 확보해야 하므로 슬림한 베젤의 구현이 어렵다는 한계점이 있습니다. 이에 따라 새로운 공법의 필요성이 대두되었죠.
이후 등장한 COF(Chip On Film)는 유리 기판에 필름을 붙이고 그 위에 DDI 패키지를 결합하는 방식으로, PI(Polyimide)이라는 유연한 소재의 필름을 활용해 베젤의 영역을 크게 줄입니다. 필름을 기판 뒤로 접을 수 있기 때문에 그 위에 부착된 DDI 패키지를 함께 넘겨 불필요한 공간 낭비를 줄이고, 화면을 더 넓게 쓸 수 있죠.
현재 DDI 패키지 공법은 베젤 영역을 단순히 줄이는 것에 그치지 않고, ‘베젤리스(Bezel-less)’ 구현이 가능한 정도까지 발전했는데요. 이것을 가능하게 하는 공법은 COP(Chip On Plastic), 유리 기판을 사용하는 COG/COF와 달리 PI(Polyimide) 필름 기판을 활용하는 방식입니다. 딱딱한 유리 대신 Pl 소재의 기판을 사용하게 되면, 디스플레이 패널 기판 자체를 유연하게 구부려 COF보다도 더 낮은 곡률 반경으로 만들 수 있는데요. 곡률 반경이 작아질수록 베젤이 시각적으로 보이지 않게 숨겨지는 효과가 커지므로 ‘풀스크린 디스플레이’ 구현이 용이해집니다.
OLED가 대세로 자리 잡은 지금, 그 뒤를 이을 차세대 디스플레이는 무엇인가에 대해 다양한 견해가 존재하는데요. 업계에서 유력하게 거론되는 것은 마이크로 디스플레이로, 100㎛(100만분의 1m)의 작은 크기에 수천 PPI(Pixels Per Inch) 수준의 높은 픽셀 집적도를 갖춘 고해상도 디스플레이를 의미해요. 마이크로 디스플레이의 종류는 여러 개로 구분되는데 그중 대표적인 유형, 마이크로 LED와 마이크로 OLED를 소개해 드릴게요.
마이크로 LED와 OLED는 유기물 사용 여부에 따라 구분됩니다. 발광체로 유기물을 활용하는 OLED와 다르게 마이크로 LED는 실리콘 LED와 같은 무기질 소재를 사용해요. 따라서 발광 효율과 휘도(화면의 밝기 정도)가 높고, 자체 발광 소자 특성상 색 재현율 또한 우수하다는 특성이 있죠. 또한 유기물 대비 수명이 길 뿐만 아니라 OLED의 최대 단점으로 꼽히는 번인 현상*도 해결할 수 있기에 OLED를 대체할 미래 디스플레이로 주목받고 있습니다.
* 번인 현상 : 디스플레이가 열화(劣化)되어 화면에 잔상이 얼룩처럼 남는 현상
유기 화합물을 활용한 마이크로 OLED의 경우 응답 속도가 빠르고, 마이크로 LED 대비 화소의 집적도(PPI)가 더 높다는 장점이 있는데요. 이를 통해 초고해상도 화면 구현이 가능하므로 몰입감 넘치는 영상 표현이 요구되는 XR(AR/VR/MR) 디스플레이 분야에서 각광받고 있답니다.
물론 아직까지는 높은 공정 난이도, 생산 비용 등 해결해야 할 문제가 많지만, 디스플레이 & 반도체 기업들이 기술 개발과 양산 체계 구축에 속도를 내면서 마이크로 디스플레이의 상용화 가능성도 현실로 다가오고 있습니다. 머지않은 미래에 우리의 일상 속에서 마이크로 디스플레이를 발견할 수 있길 기대하면서 글을 마무리해 볼게요.
<관련 기사 더 보기>
OLED 다음은 `마이크로`… 불붙은 차세대 패널 경쟁
▪ 직시형(Direct View Type) 디스플레이 : 영상을 직접 장치에서 보여주는 디스플레이 유형으로, PDP/LCD/OLED 등이 해당
▪ 투사형(Projection Type) 디스플레이 : 영상을 외부 스크린에 투사시켜 보여주는 유형으로, 프로젝션 디스플레이를 대표적 예로 들 수 있음
[LX세미콘 소식 바로가기]
⠀
LX세미콘 공식 뉴스룸
LX세미콘 공식 블로그
LX세미콘 공식 유튜브
LX세미콘 공식 페이스북
LX세미콘 공식 인스타그램
