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그래핀이란?

<그래핀의 구조>

그래핀은 최근 꿈의 신소재로 많은 주목을 받고 있는 물질로 우리가 흔히 알고 있는 흑연구조의 한 층을 뜯어낸 물질입니다. 즉, 탄소 원자 한 층으로 되어 있는 0.35nm의 얇은 막 구조로 현존하는 물질 중 가장 얇은 물질이라고 합니다. 이 그래핀은 상온에서 구리보다 100배의 전기전도성, 다이아몬드보다 2배 이상의 열전도성, 강철보다 무려 200배나 강한 강도를 지닌 물질이라고 합니다. 게다가 강도가 강하면서도 유연하고 접어도 전기전도성을 유지하여 미래 디스플레이 산업에서 주요 소재로 사용될 것으로 예상되고 있습니다. 이번 글에서는 앞서 말씀드린 것처럼 기존의 물질들에 비해 훨씬 좋은 성질을 지니고 있는 그래핀이 녹색기술 분야에 미치는 영향에 대해 생각해보았습니다.

태양광 발전 분야

건물일체식 태양광발전, BIPV (사진 출처 : Suntech)

그래핀의 또 다른 장점은 투명전극으로 사용할 수 있기 때문에 터치스크린, 태양전지 등에 쓰이는 ITO(Indium Tin Oxide)을 대체하여 건물유리창과 태양전지의 역할을 동시에 수행할 수 있는 BIPV분야에 활용이 가능합니다. 게다가 매우 큰 전기 전도성을 지니고 있기 때문에 접촉저항을 줄일 수 있습니다. 이와 같은 성질들은 태양빛을 전기에너지로 전환하여 전류로 사용하는 과정에서 발생되는 손실을 줄여 효율을 높일 수 있을 것 입니다.

종이는 우리 생활에서 없어선 안될 필수품이지만 무분별한 소비로 인해 많은 환경이 파괴되고 있는 것이 사실입니다. 이같은 문제는 전자 종이를 사용함으로써 해결할 수 있는데요, 그래핀은 전자종이가 상용화되는데 큰 역할을 할 것으로 보입니다.

뿐만 아니라 OLED와 같은 디스플레이 산업에도 큰 영향을 미칠 것으로 보입니다. 현재 가장 많이 사용되는 ITO는 최근 인듐의 고갈이 현실화되면서 단가가 상승하고 있기 때문에 대체 물질이 시급한 상황입니다. 따라서 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 탄소로 이루어진 그래핀이 대체물질로 떠오르고 있습니다.

접이식 디스플레이가 가능한 그래핀 투명전극 (사진 출처 : 성균관대학교)

또한 ITO는 쉽게 깨지는 단점이 있는데 그래핀 투명전극의 경우 강도가 매우 크면서도 유연하고 투명하기 때문에 위의 그림처럼 접거나 말아서 사용할 수 있어 휴대용 디스플레이 장치로서도 활용이 가능합니다.

리튬 2차전지 분야(관련글 : www.ecoroko.com/169)

그래핀은 최근 전기자동차에 가장 많이 사용되고 있는 리튬이차전지에도 활용이 가능합니다. 현재 리튬이차전지의 음극으로는 흑연이 사용되고 있는데요, 용량과 안정성 면에서 단점을 갖고 있기 때문에 음극에 그래핀을 활용하려는 연구가 진행되고 있습니다.

SnO2입자에 그래핀을 입힌 구조(사진 출처 : http://www.cheric.org/ippage/p/ipdata/2010/01/file/p201001-801.pdf)

조금 더 구체적으로 설명하면, 흑연의 경우 전하저장능력이 작기 때문에 SnO2나 Si와 같이 저장용량이 큰 재료로 대체하려 했지만 이 물질들은 충방전 시 부피변화가 매우 커 전극이 깨져버리거나 충방전 횟수가 증가함에 따라 저장용량이 감소하는 문제점이 발생하였습니다. 하지만 위의 그림처럼 이런 물질들에 강도가 크고 전기전도성이 좋은 그래핀을 첨가할 경우 부피변화를 감소시키고 충전용량을 증가시켜 성능을 향상시킬 수 있게 됩니다. 또한 고용량의 전기에너지를 빠르게 충전시킬 수 있는 특성도 얻을 수 있게 된다고 합니다.

코멘트

지금까지 그래핀이 친환경 기술에 어떠한 영향을 미칠지 분야별로 생각해 보았습니다. 제가 언급한 분야는 태양광발전, 전자종이, 이차전지 분야였습니다만, 다른 물질들에 비해 여러 면에서 뛰어난 성질을 가지고 있어 분명 다른 많은 분야의 발전에도 큰 영향을 줄 것이라 생각합니다. 하지만 이러한 그래핀이 연구 단계를 거쳐 상용화가 되기 위해서는 아직 극복해야 할 점들이 많은데요, 이런 문제점들과 기술적인 노력 등에 대해 다음 글에서 다뤄볼까 합니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

참고

- 소재 기술 혁신의 Enabler 탄소소재(LGERI 문희성)

- 투명 디스플레이의 기적, 그래핀이 뭐길래(한국경제)

- 그래핀 이차전지 전극으로의 활용(CHERIC, 김수영)

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  텔레비전을 시작으로 해서 손바닥만한 휴대폰 디스플레이까지 현재, 디스플레이는 우리가 살아가는 공간 곳곳에 자리 잡고 있습니다. 집에있던지 밖을 나가던지 어느 곳에서나 모두 디스플레이 장치들이 있죠. 그만큼 수만은 종류의 디스플레이장치와 그 장치에 따른 수만은 동작 원래들이 존재하는데요.

  이번녹색기술팀 프로젝트는 LED 에 관한 것입니다. 다른 컨텐츠를참고하시면, LED, OLED, QDLED 등을 보실 수 있구요.LED 의 친환경 사용예도 보실 수 있습니다.

  이를읽는데 도움을 드리며, 더 실생활과 관련될 수 있는 정보를 드리고자 하는데요.

첫번째로는 LED 에 관한 간단한 상식을 소개 하도록 하겠구요. 두번째로는 TV에 관한 몇가지 정보를 알려 드리려고 합니다.

1. LED 가 뭐길래?

  LED가 무엇일까요? Light Emitting Diode의 약자이죠. 한국말론 발광다이오드이죠. 하지만,이것으로는 관련 전공자가 아닌 이상 다이오드가 뭐냐는 질문부터 나오겠죠? 그럼 반도체의일종이라고 답할 것이고... 그다음은 ...(점점점) 하하 LED를 알기 위해선 LED가 뭐냐가 아니라 다른 것들과 비교해 어떤 특징을 지녔는지 아는것이 더 좋을 것같아 소개 드립니다.

  LED를 간단하게 설명하면, '전기를 통하게 하면 빛을 내는 물체' 입니다. 하지만, 이렇게말하면, 형광등이나 백열전구도 마찬가지겠지요? 둘다 전기르통하면 빛을 내니 말입니다. 하지만, 형광등이나 백열전구와 LED 는 큰 차이가 있습니다. LED는 들어온 전기가 바로 빛으로발하는 반면에, 형광등 및 백열전구는 중간과정이 존재합니다.

  위의표를 보시면, 자세히 아실 수 있습니다. 형광등은 자외선을방출하게 하면서 빛을 내구요, 백열전구는 열을 방출함으로써 빛을 내는 과정을 거칩니다.

  전기를통해 자외선이나 열을 방출하는 과정에서 전기 손실이 발생합니다. 또한 자외선과 열이 빛으로 보이는데에도어느정도의 손실이 발생하구요. 하지만 LED 의 경우, 빛이 전기를 통해 직접 방출한다고 보시면 됩니다. 즉, 발광다이오드라는 소자를 통해 전기가 바로 빛으로 바뀌는 것이지요. LED 가효율이 좋다고들 하는 이유가 이러한 이유입니다. 즉, 같은 100이라는 양의 빛을 얻기 위해서는 LED 는 111, 형광등은 125, 백열전구는 166 의 전기가 필요한 것이지요.

  이외에도수명이 길며, 크기를 자유롭게 만들수 있고, 다양한 색 표현이가능하다는 점이 LED 의 뛰어난 점이죠.

2. LED가 어디 쓰인다고?

  그렇다면 LED 가 어디에 쓰이는 것일까요? 위의 특징을 보았을 때, 다양한 색을 가지는 작은 전구는 대부분 LED 가 사용된다고 보시면되겠네요. TV는 물론이고, 휴대폰, 신호등, 자동차 라이트, 크리스마스트리 등 다양한 곳에 많이 활용되고 있습니다. 생각보다 훨씬더 우리 일상에 가깝게 쓰이고 있네요.

3. LED TV?

 LEDTV는 엄밀이 말하면, 발전된 LCD TV 입니다. 즉 디스플레이 자체는 LCD 라고 할 수 있습니다. LCD TV 의 패널은 아시다시피 다양한 색을 구현하는데요. 이것의원리는 LCD 디스플레이가 스스로 빛을 내지는 못하구요. 빛을차단하거나 투과하는 방법을 통해 색을 표현하죠. 즉 LCD 패널뒤에 SOURCE 가 될 수 있는 백라이트 빛이 필요한데요. 기존의 LCD TV 는 CCFL(Cold Cathode Flourscent Lamp :냉 음각 형광 램프)이라는 백라이트를 사용했는데요. 위에서자외선을 방출한다는 형광등램프와 비슷하다고 보시면 됩니다. 그 백라이트를 LED로 바꾼 것이 현재의 LED TV라고 할 수 있죠.

  CCFL의특성상 두께가 20mm 이하로 제작하기는 힘든것이 LCD TV의문제였다고 합니다. 하지만 LED TV의 경우 가장자리에서빛을 쏴서 반사 시키는 것을 통해 백라이트를 연출하므로 6mm 까지 작아질 수 있게 되었죠.

  또하나의 장점은 역시 친환경적인 부분입니다. CCFL 은 앞에서 설명드린 바와 같이 자외선을 방출하여빛을 내는 방식인데요. 이 방식에는 수은나 납이 들어가 있어 친환경적이지 않습니다. 하지만 LED TV 에는 이런 물질이 들어 가지 않게 되죠.

  또한, 부분적으로 백라이트를 켜고 끄는 것이 가능해 전력소모가 LCD보다최대 40% 까지 적습니다. 삼성전자에 따르면 32인치 LCD와 55인치 LED 의 전력소모가 비슷하다고 하네요.

참고로 OLED TV에 대해서도 궁금하실 텐데, OLED 의 경우, 백라이트를 필요로 하지 않은 패널 자체 발광형이라아주 얇게 초박형으로도 제작이 가능합니다. 색의 표현도 기존 LED 보다훌륭하구요. 아직 가격이 비싸다는 단점이 잇죠.

4. LED, LCD, PDP 전력소모 비교

  인치대비가장 저렴하게 큰 화면을 원한다면? PDP

 Full-HD 화질과 비교적 저렴한 대형 TV를 찾는다면? LCD

  고급스러운외형, 얇은 두께, 선명하고 화사한 색감의 TV를 찾는다면? LED

  LEDTV와 LCD TV는 위에서 설명드린 것과 같습니다. 빛을저지, 투과 시키는 원리를 지니고 있는 디스플레이를 지니고 있으며, 둘의차이는 백라이트가 다르다는 점이였지요.

  그렇다면 PDP 는 무엇이길래 저리도 높은 전력소모를 할까요?

  평판디스플레이로써 네온과 제논 가스 혼합물을 표면에 병렬 전극봉들이 묻혀 있는 두 밀폐된 유리판 사이에 샌드위치 처럼 들어 가 있어 이들을 동작시키는것입니다. 화학변환을 통해 각 픽셀에서 가시광이 방출되는 방식이지요.

  PDP가전력소모가 많다고 되어 있지만, 검은 화면에서는 화소를 꺼버리기 때문에 평균 전력 소모는 LCD 와 비슷합니다.

  가격이조금 높긴 하지만, 전력 소모 측면이나, 친환경적인 측면에서는 LED TV가 좋은 평가를 받을 수 있겠네요.

Reference

1.Samsung LED Lamp 블로그 "[LED 쉽게 알기] 1화 LED 란 무엇일까요?"
http://samsungled.tistory.com/40

2.카타의 시나브로  "LED TV의 구조와 특징"
http://blog.naver.com/narekata/20064620974

3.에누리닷컴"LED,LCD,PDP 어떤 제품을 선택할까?"
http://www.enuri.com/purchaseguide/GuideLayer.jsp?kind=1&cate=0201&isct=N&kbno=202000

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최근 친환경 소재로 LED 소자들이 각광 받고 있습니다. 그 이유는 바로 기존에 사용하던 소자들에 비해 에너지 효율이 좋아 에너지 절약이 가능하기 때문입니다. 이러한 특징 때문에 최근 유기발광다이오드(OLED) 조명이 2013년에 일반 가정에 보급될 될 것으로 전망되고 있습니다. 이러한 OLED는 어떤 원리로 작동하며 그 종류에는 어떠한 것이 있는지 살펴 보도록 하겠습니다.

1. OLED 구조와 작동원리

먼저 Substrate는 그 소재가 플라스틱이나 유리로 이루어져 있으며 OLED를 지지해주는 부분입니다.  Anode 는 전류가 흐를 때 전자를 제거하여 정공(electron Holes)을 만드는 역할을 합니다. 그리고 그 위에 있는 Conducting layer 이 층이 바로 Anode에 의해 영향을 받아 정공(Electron Holes)가 생성되는 곳입니다. Emissive layer의 경우에는 Cathode에서 전자를 받아 들이는 역할을 하는 층이며 빛을 생성하는 층입니다. 앞의 두 막은 유기물질로 이루어 져있기 때문에 Organic layers 라 부르기도 합니다. Cathode는 앞서 보신대로 전압을 공급하는 단자입니다.	[그림 1] OLED 구성 (출처)
그렇다면 어떠한 원리에 의하여 OLED에서 빛을발생시킬 수 있는지 살펴보도록 하겠습니다.  먼저 음극(Cathode)과 양극(Anode)에 전류가 흐르기 시작하면 Emissive layer에서 전자가 공급이 되고Conductive layer에서는 전자를 제거합니다.  이 과정에서 제거된 전자에 의하여 Conductive Layer에 정공이 생성되게 됩니다.  이렇게 생성된 정공은 다시 전자와 만나서 결합을 하게 되는데 이 과정에서 여분의 에너지가 발생하게 되고 이 에너지가 바로 빛으로 나타나게 됩니다.  위와 같은 원리로 빛이 생성 된다고 할 수 있습니다.  다음으로는 이러한 OLED의 종류에 대해서 간단하게 살펴 보도록 하겠습니다.	[그림 2] OLED 작동 원리 (출처)

2. 저분자 OLED와 고분자 OLED

  먼저 OLED는 유기물질의 특성에 따라서 저분자 OLED와 고분자 OLED로 구분 할 수 있습니다. 고분자 OLED의 경우에는 PLED로 알려져 있기도 합니다.

 두 OLED의 특징을 살펴보면 다음과 같습니다. 우선 저분자물질의 경우 재료의 특성 파악과 물질의 합성에 용이합니다. 또한 효율성 측면에서도 PLED에 비하면 높은 수준을 가지고 있습니다. 그러나 저분자물질로 얇은 박막을 만들기 위해 고가 장비가 필요합니다. 그러다보니 생산성이 떨어진다는 단점을 갖게 됩니다.

 반면 PLED의 경우 상대적으로 기계적 강도가 강하고, 유기재료를 적절한 용매에 녹여 박막을 형성하는 방식을 사용하기 때문에 인쇄 장비를 사용하여 제작 할 수 있다는 장점이 있습니다. 상대적으로 원가가 낮고 생산성이 높다고 할 수 있습니다. 다만 아직 효율성 측면에서 저분자 물질에 비해 성능이 나쁘기 때문에 추가적인 연구가 필요합니다.

3. Active-Matrix OLED와 Passive-Matrix OLED

다음은 작동방식에 따른 구분을 보도록 하겠습니다. 작동방식에 따라서는 Active-Matrix OLED와 Passive-Matrix OLED로 구분이 가능한데요. 간단한 구조는 다음과 같습니다.

[그림 3] Active-Matrix OLED와 Passive-Matrix OLED의 구성(참고)

능동형 Active-Matrix OLED(AMOLED)의 경우 음극이 큰 하나로 된 층을 이루어지는 특징을 가지며, 각 발광소자들은 개별적으로 작동하는 특징을 갖습니다. 이런 작동이 가능한 이유는 양극이 박막트랜지스터(TFT)의 위에 위치하고, 각 화소를 TFT로 제어하기 때문입니다.

수동형인 Passive-Matrix OLED(PMOLED)는 음극과 양극이 각 라인으로 존재하고 이를 교차 배열하여 전압을 가하는 형식을 취합니다. 그리고 각 극의 전류를 조절하여 교차되는 부분의 빛을 조절하는 방식을 취하게 됩니다.

 수동형은 능동형 방식에 비해 제작하기가 간단합니다. 하지만 능동형 방식에 비하여 전력소모가 많습니다. 따라서 대화면에 사용하기 보단 MP3 플레이어나, 핸드폰 등에 많이 사용하게 됩니다. 이에 비해 능동형인 AMOLED는 응답 속도가 빠르고 전력소모가 상대적으로 적은 편입니다. 그래서 컴퓨터 모니터나 큰 TV에 주로 사용되는데요. 하지만 제조가 상대적으로 어렵고 그 단가가 높습니다.

4. OLED의 장점
 

이러한 OLED는 어떤 장점을 가지게 될까요?

OLED는 자체 발광하여 백라이트가 필요없기 때문에 상대적으로 얇은 초박형 디자인이 가능합니다. 이론상으로는 사람 머리카락 굵기인 500nm까지 가능하다고 합니다. 또한 OLED는 기판 재료를 플라스틱을 이용하여 구부릴 수 있는 디스플레이 기술로 각광받고 있습니다. 그리고 전력 소모량을 크게 줄일 수 있습니다. OLED의 각각 화소에 빛이 필요할때만 점등하는 방식을 가지므로 기존 LED에 비하여 전력소모가 적습니다. 또한 OLED는 화질이 우수합니다. 먼저 시야각이 넓고, 명암비 역시 좋아 검은색의 표현이 자유롭습니다. 또한 응답속도 역시 우수해 한층 편안한 영상을 만들 수 있다고 합니다.

Reference

How stuff works : http://electronics.howstuffworks.com/ (참고)

화학공학연구정보센터 : http://www.cheric.org/ (참고) 

verde. 녹색기술 Active-Matrix OLED, AMOLED, OLED, OLED 구성, OLED 원리, OLED 장점, Passive-Matrix OLED, PLED, PMOLED

백열등이나 형광등같이 우리가 일반적으로 사용하고 있는 조명기기들의 1년 사용전력은 2조 1000억kWh정도 됩니다. 이는 세계 소비전력의 12~15%를 차지하며 이로 인해 발생되는 이산화탄소 배출량은 연간 17억 톤 정도가 된다고 합니다. 즉 현재 사용되고 있는 조명들은 전혀 친환경적이지 않다고 볼 수 있겠습니다. 반면 LED조명은 백열등보다 발광효율이 5배나 높기 때문에 전력소비가 적고 수명이 길고 이산화탄소도 적게 배출하는 ‘친환경 조명기기’라 할 수 있습니다. 이러한 장점들로 인해 미국과 유럽, 일본 등은 기존 조명을 LED조명으로 교체할 계획이며 우리나라도 2012년까지 공공기관 조명의 30%이상을 LED조명으로 교체할 계획이라고 합니다. 하지만 여전히 높은 가격(많으면 수십배), 직진성으로 인한 어두운 밝기 등의 문제점들로 인해 일반 소비자들을 통한 대규모 상용화는 힘든 점이 사실입니다. 이에 따라 원가 절감과 고성능의 LED를 위한 다양한 기술 개발이 이루어지고 있는데요, 제가 이번에 소개할 내용은 LED에 나노 기술을 접목시킨 QD(Quantum Dot)-LED입니다.

LED의 원리

LED는 Light Emitting Diode의 약자로 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 에너지를 광 에너지로 변환시켜 주는 반도체소자를 말합니다. P형, N형 반도체를 접합한 다이오드에 순방향 전압을 인가하면 전자와 정공이 결합하면서 빛이 발광 되는 원리로 빛이 발생합니다. 밴드갭 이상의 에너지를 전자가 흡수하게 되면 CB로 excite되고 다시 정공과 결합하면서 에너지가 빛의 형태로 방출되는 것이죠.

즉, 밴드갭에너지의 크기가 크면 방출되는 빛은 큰 에너지를 가진 짧은 파장의 블루계열의 빛이 나오고 밴드갭에너지가 작으면 작은 에너지를 가진 긴 파장의 레드계열의 빛이 방출되는 원리입니다. 따라서 발광물질의 밴드갭 크기를 조절하여 원하는 색깔의 빛을 얻어낼 수 있게 됩니다. 밴드갭의 크기가 방출빛의 색을 결정한다고 할 수 있습니다.

양자구속 효과와 QD-LED

그렇다면 위에서 설명한 LED에 어떻게 나노기술을 접목시켜 QD-LED를 만드는 것일까요?

QD-LED를 가능하게 해주는 것이 바로 나노입자의 사이즈에 따라 밴드갭이 변하는 ‘양자구속 효과입니다. 양자구속 효과라 하니 뭔가 복잡하고 어려운 듯 느껴지지만 실은 매우 간단한 원리입니다. 최근 나노기술이 주목받고 있는 이유는 재료의 사이즈를 나노사이즈로 줄임으로써 새로운 성질을 얻어낼 수 있기 때문인데요, 양자구속효과는 벌크형태의 재료를 나노사이즈의 입자로 만들어 밴드갭 크기를 증가시키는 원리를 말합니다.

그렇다면 왜 밴드갭이 커질까요?

쉽게 설명하면 밴드갭이란 전자가 원자핵과의 결합을 끊고 자유전자가 되기 위해 필요한 에너지인데 입자의 크기가 작아지면 핵이 전자를 더욱 강하게 구속하게 되어, 밴드갭의 크기가 증가하는 효과가 발생합니다.

<입자사이즈가 작아지면 밴드갭의 크기가 증가>

어쨌든 중요한 것은 나노입자의 크기가 작을수록 블루계열(고에너지)의 빛을 방출하고, 크기가 크면 레드계열(저에너지)의 방출빛을 얻어낼 수 있다는 것 입니다.

QD-LED는 바로 입자의 크기를 조절하여(=밴드갭 크기를 조절) 원하는 방출빛을 얻어내는 원리를 이용합니다.

<기존 RGB방식과 QD-LED방식의 차이>

위에 그림을 설명하면 기존의 RGB방식은 각각 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 빛을 내는 반도체를 사용하지만 QD-LED는 다양한 사이즈의 나노입자를 블루계열의 빛을 내는 벌크형 반도체와 함께 혼합시켜 백색광을 얻어내는 방식입니다. 그림을 자세히 보면 위에서 설명해드린 양자구속 효과에 의해 입자의 크기가 큰 것이 빨강빛, 크기가 작은 것이 초록빛을 내는 것을 확인할 수 있습니다.

장점과 단점

QD-LED는 기존의 방식에 비해 구조가 간단하여 생산비용이 저렴하고 밴드갭 제어가 용이해 원하는 빛을 미세하게 조절하여 효율이 높고 색 재현율이 높다는 장점이 있습니다. 또한 기존의 OLED방식에 비해 소비전력이 적습니다.

반면 고효율 반도체 나노입자의 부재, 특히 수명이 긴 마땅한 청색발광체가 없다는 문제점이 있습니다. 또한 전자 및 정공 수송층으로 사용되는 유기물과 적합성이 떨어져 실질적으로 효율이 떨어진다는 단점이 있습니다.

코멘트

전기자동차가 기존의 가솔린자동차를 대체하고 있듯이 장기적인 관점으로 봤을 때 에너지 소모가 크고 이산화탄소 배출이 많은 형광등이나 백열등이 LED로 대체되어야 한다고 생각합니다. 하지만 위에서도 언급했듯이 비싼 가격과 에너지효율이 문제가 되고 있는데요, 이 한계를 극복할 수 있는 기술 중 하나가 QD-LED라고 생각합니다. 현재 국내에서 LG이노텍, 삼성전기 등이 이와 관련된 기술 연구를 하고 있다고 하니 좋은 결과가 나오길 기대해봅니다.

참고 및 사진출처

- 윤만순(2008). “조명산업의 현황과 미래”

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11월 10일부터 11월 12일까지 일본 마쿠하리 컨벤션 센터에서 열린 FPD International 2010에서 삼성, LG, 소니 등 굴지의 글로벌 기업들이 미래를 선도하는 차세대 디스플레이 기술을 선보였습니다. 지난 번에 AMOLED와 해외친환경 아이템에 대한 소개를 포스팅한 적이 있었는데요. 이번 포스팅과 같이 보신다면 기술에 대한 이해에 많은 도움이 되시리라 믿습니다.

첫번째 영상에서는 삼성의 투명한 OLED를 소개하고 있습니다. 투명한 OLED는 노트북에 적용이 가능하고, 회사의 유리창에 설치가 되면 업무를 볼 때 유용하게 쓰일 수 있습니다. 52초부터 삼성의 이종서 수석연구원께서 스마트 워킹을 위한 투명한 OLED 활용법을 소개하십니다. 1분 35초부터는 투명한 OLED를 활용하여 제품을 홍보하는 방법이 선보이는데요. 멋있습니다!

두번째 영상에서는 삼성, 소니, LG의 휘는 OLED를 소개하고 있습니다. 삼성의 휘는 OLED는 고정된 틀에서 휜 상태로 영상이 재생되지만, 소니의 휘는 OLED는 영상이 재생되는 순간에도 힘을 가해도 재생에 변함이 없는 것이 인상적입니다. LG는 신문 대용이 가능한 e-paper를 선보였습니다. 앞으로도 세 회사가 선의의 경쟁을 펼치며 기술 개발에 총력을 기울여주시길 바랍니다.

나날이 발전하는 차세대 디스플레이 기술들을 보면 노키아의 미래휴대폰 컨셉 Morph 등장이 멀지 않았음을 알 수 있습니다. 휘는 OLED, 접히는 OLED, 투명한 OLED… 최신 기술의 발전과 더불어 밝은 미래를 기대해봅니다.

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차세대 성장동력이자 친환경 테마주로 주목받고 있는 LED를 파헤쳐 보자.

1. Overview

2. 원리 및 구조

OLED는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체 발광형 유기물질을 말한다. 전압을 가하면 유기물이 빛을 발하는 특성을 이용하며, 유기물에 따라 R, G, B를 발하는 특성을 이용해 Full Color를 구현하는 것이 발광원리이다. 자발광소자로서 휘도와 색순도 특성이 뛰어나다.

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전원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자가 전자수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고, 상대적으로 양극에서는 Hole이 Hole수송층의 도움으로 발광층으로 이동하게 된다. 유기물질인 발광층에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 입자를 생성하게 되는데 이때, 입자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛이 발생하게 된다. 발광층을 구성하고 있는 유기물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔을 달라지게 되며, R,G,B를 내는 각각의 유기물질을 이용하여 Full Color를 구현할 수 있다.

3. LCD와 OLED의 차이점

OLED(앞) / LCD(뒤)

LCD 의 경우 백라이트와 유리판 사이에 액정, 컬러필터 등이 포함된 복잡한 구조인데 반해 OLED는 유리판 사이에 자체 발광 유기물을 넣은 단순한 구조이다. OLED는 백라이트가 없는 자체 발광 소재인 만큼 두께가 훨씬 얇다. 또한 스스로 소자 자체가 스스로 빛을 내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어올 때도 시인성이 좋은 특성을 갖는다. LCD의 경우 재생하는 동화상이 어두운 경우 색의 변화가 크다. 하지만 OLED는 화면이 어둡더라도 섬세한 표현이 가능해 검은색 배경에 검은 옷을 입은 사람도 비교적 선명하게 구분할 수 있다.

동화상의 재생시 응답속도의 높고 낮음은 재생 화면의 품질을 좌우하는데, OLED는 응답속도가 빨라서 잔상이 남지 않아 자연스러운 영상을 표현할 수 있다. 저온에서 얼어버리는 LCD와 달리 온도에 구애받지 않고 영상을 즐길 수 있는데다, 소비전력도 LCD의 40% 이하로 알려져 있다. LCD는 화면의 밝고 어두움과 관계없이 무조건 백라이트를 켜야하지만 OLED는 자체 발광인만큼 필요한 부분만 밝히면 되니 전력소모가 그만큼 적은 것이다.

4. AMOLED

OLED는 PM(Passive Matrix type)방식과 AM(Active Matric Type)방식으로 구분되는데, PMOLED는 가로선에 신호를 순차적으로 인가하여 가로 방향의 Dot들이 한 줄, 한 줄씩 순차적으로 발광하는 방식이어서 화면의 밝기와 해상도에 한계가 발생한다. AMOLED는 순차 발광의 단점을 없애기 위해 가로선과 세로선의 교차점에 박막 트랜지스터를 각각 형성하여 Dot 전부가 동시에 발광할 수 있도록 한 방식이다. 

주로 핸드폰의 sub창에 사용하였던 PMOLED에 비해 더욱 발전한 형태인 AMOLED는 R,G,B 독립구동 방식이므로 소비전력이 낮고, 높은 퀄리티의 Display구현이 가능하다. PM방식에 비해 복잡한 공정으로 인하여 장비 및 재료비용이 고가이나 이러한 AMOLED의 단점에도 불구하고, 낮은 소비전력, 고화질, 빠른 응답속도, 광시야각, 박형구현이 가능하다.

< AMOLED를 이용한 제품의 특징>

AMOLED를 적용한 제품은 고화질의 디스플레이가 가능하다. 또한 기존 디스플레이와 달리 빛을 내기 위한 백 라이트(Back Light)가 없어, 전력소모가 적고 배터리 사용시간이 향상된다. TFT-LCD의 전력소모 기준 대비 34~50% 수준의 전력 소비를 절감할 수 있다. 백라이트 부가 빠지면서 두께(Slim)가 얇아지고 화질의 왜곡이나 정보손상이 전혀 없고 LCD 응답속도의 1,000배 이상 빠르게 영상에 반응한다.

아울러 영상 재생시 빠른 화면에서도 잔상현상이 거의 나타나지 않으며 장시간 시청 시 눈의 피로도를 감소시킬 수 있다. 자체 발광이 가능한 유기물질을 이용하기 때문에 야외 및 어두운 곳에서도 선명하고 깨끗한 화질을 감상할 수 있다는 장점을 갖고 있다.

이처럼 OLED는 휴대용 기기뿐만 아니라 일반 디지털 TV에서도 넓게 사용 될 수 있기 때문에 시장영역이 점차 넓어지고 다양한 전자기기에 활용되고 있다.


5.결론

삼성전자와 LG전자에서 최근 출시한 LED TV는 진정한 의미의 LED TV라고 볼 수 없다. 위에서 언급한 LED Full Panel (AMOLED)을 적용한 것이 아니라 LED를 백라이트로 채택한 것이다. (물론 LED가 LCD의 백라이트로 사용됨에 따라 저전력 및 고화질의 효과를 누릴 수 있다.) 고로 2009년의 LED TV는 과도기 상태의 모델이라고 볼 수 있으며, 조만간에 AMOLED가 적용된 디스플레이 디바이스를 기대할 수 있다. 삼성SDI와 Lg디스플레이 등 대표 디스플레이 기업은 각각 OLED 라인을 증설하여 생산 단가를 떨어뜨려 경쟁력을 갖춘 후 향후 OLED 양산에 대비하고 있다.

이미 소니에서 OLED TV XEL-1 모델을 출시하였으나, 조그마한 11인치짜리 녀석이 무려 20만엔이라는 터무니 없는 가격이 책정되어 있다.

OLED 모니터를 내 책상 앞에 모셔둘 수 있는 날이 얼마 남지 않았다!

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