13. WOLED vs RGB 총정리 (2) - RGB

오랜전통을 가진 RGB 방식

적색, 녹색 그리고 청색 이 세가지 색은 색의 3요소가 됩니다. 이 세가지 색은 우리가 눈으로 볼 수 있는 가시광의 거의 모든 영역을 포함합니다. 그래서 이 세가지 색을 조합하면 우리가 눈으로 볼 수 있는 사실상 거의 모든 색을 표현할 수 있게 됩니다. 게다가 자연계에는 존재 할 수 없는 가상의 색까지도 만들어 낼 수가 있죠.

그래서 빛을 다루고 색을 표현하는 역할을 하는 디스플레이에서는 이 세가지 색을 섞어서 이미지를 구현하는 방법을 선택합니다. 물감도 아닌데 색을 어떻게 실시간으로 섞고 다시 분리하는 것일까요? 바로 인간의 눈이 갖고 있는 능력의 한계를 이용합니다. 우리 눈은 분해능(Resolving Power)의 한계를 갖고 있습니다. 예를 들어, 일정한 거리에서 볼 때 머리카락 두개를 점점 가까이 다가가서 거의 붙여 놓으면 우리 눈은 두개의 머리카락을 한 개의 머리카락으로 구분할 수 밖에 없습니다. 

이 분해능은 위와 같이 공간적인 분해능도 있지만 시간적인 분해능도 한계를 갖고 있습니다. 인간의 눈은 초당 50~60프레임까지 구분해낼 수 있는데, 만약에 초당 120번 모양을 바꾸는 트랜스포머 로보트가 있다면 우리 눈은 이 로보트가 대략 60번 정도 모양을 바꾸었구나 정도 인식을 할 수 있습니다.

눈의 분해능

공간적 분해능 : 60cpd(cycles per degree) *각도 1도에 몇개의 격자가 보이는지에 대한 단위,
                    분해능은 각도 단위이지만 일반적으로 (대략 머리카락 두께) 정도를 구분할 수 있다.

시간적 분해능 : 50~60Hz (Hz는 /s로 초당 몇번이라는 의미)

그래서 이러한 인간의 눈의 능력한계를 이용하여 다른 색을 가진 다른 점 세개를 작은 공간에 위치 시키면 눈은 이 점 세개를 따로 구분하지 못하고 세가지 색이 섞인 또 하나의 다른 색으로 인식하게 됩니다. 그래서 화면에 평면적으로 배치된 적색, 녹색, 청색 점들이 섞여서 백색으로 보이게 되는 것입니다. 이러한 화면의 점 하나를 우리는 화소 또는 픽셀(Pixel)이라고 부릅니다.

사실 여기까지의 내용들은 9. OLED의 구조 (2) - 픽셀구조에서 다루었던 내용이니 참고 하실분들은 한번 들려보셔도 될 것 같습니다. 그리고 위 포스팅에서는 픽셀 구조에 대하여 알아보았으나 이번시간에는 RGB 방식을 사용하는 이유와 공적적인 이슈를 다룸으로써 WOLED와의 차이점을 비교해 보겠습니다.

<사진1. WOLED와 RGB OLED의 픽셀 구조차이> *출처 : LG 디스플레이

사실 엄밀히 놓고 보자면 WOLED 방식도 RGB의 범주에 포함됩니다. RGB를 모두 포함한 색을 내기위한 수단으로 WOLED를 광원으로 사용할 뿐이지 결국 마지막으로 색상을 조절하는 방식은 RGB 패턴을 이용한 색조합 방식을 사용하기 때문입니다. 그러나 OLED 분야에서는 WOLED와 RGB 방식의 구분이 색상구현을 OLED 소자가 직접 하느냐 아닌가의 차이로 구분합니다.

WOLED의 경우 OLED 패널이 오로지 백색으로 발광하기 때문에 색상구현은 컬러필터를 이용해서 구현하고, RGB 방식의 OLED는 색상구현을 각각의 해당 색상의 소자들이 직접 발광합니다. 그러다 보니 다른색을 가지는 서브픽셀(Sub-Pixel) 세개를 인접하게 위치시켜야 하고 요즘같이 높은 해상도를 지닌 디스플레이에서는 이 서브픽셀 세개가 공간적으로 거의 . 즉, '머리카락 한개 두께에 해당하는 공간에 서브픽셀이 모두 들어가야 합니다.'

RGB의 논쟁의 핵심은 위 문장 '머리카락 한개 두께에 해당하는 공간에 서브픽셀이 모두 들어가야 합니다.'에 모두 담겨있습니다. 이 문장을 다르게 해석하면 해상도가 높아야 한다는 말인데 고해상도 제품을 만드는 방법에서 WOLED와 RGB는 극명한 차이를 보입니다. 이 차이가 TV같은 대형 제품에 적용하느냐, 스마트폰 같이 작은 소형 제품에 적용하느냐의 차이가 생깁니다.

<사진2. RGB OLED와 WOLED의 단면 구조와 발광방향>

사진2는 RGB와 WOLED의 단면도 입니다. 먼저 오른쪽의 WOLED부터 살펴보면 WOLED는 배면구조를 가지고 있다는 것을 볼 수 있습니다. 즉, 기판방향으로 빛이 나오기 대문에 유기층에서 생성된 빛은 아래 방향으로 나오게 되어 있습니다. 색상을 만들어 내기 위한 컬러필터와 함께 구동에 필요한 TFT(Thin Film Transistor)가 기판 바로 위에 위치하게됩니다. 이 점이 굉장한 장점입니다. 왜냐하면 유기물들을 증착하기 전에 여러 화학공정을 거쳐야하는 컬러필터 패터닝을 미리 끝내 놓을 수 있기 때문입니다. 컬러필터를 원하는 모양과 크기로 만들기 위해서는 반도체 공정과 같이 여러 용액에 다양하게 노출되는데 유기물이 증착된 상태에서는 적용이 불가능한 공정들입니다.

그런데 컬러필터를 미리 만들어놓고 유기물을 증착하기 때문에 공정상 전혀 문제될 소지가 없어집니다. 그렇게 컬러필터들을 LCD를 만들며 쌓아 놓은 노하루를 통해 아주 미세하고 정교하게 높은 해상도로 배치시켜 놓을 수 있습니다. 그 위에 유기층들은 통째로 별다른 마스크 없이 증착해버리면 간단하게 패널이 완성됩니다.

그런데 RGB는 이러한 컬러필터를 사용하지 않기 때문에 일일이 그 자그마한 서브픽셀들을 증착공정을 통해 제작해야 합니다. 이 증착공정에 사용되는 중요한 소재가 바로 FMM(Fine Metal Mask)입니다. 이 소재는 커다란 금속 판에 증착해야 할 모양만큼 미세한 구멍들이 뚫려있는 이름 그대로 마스크 입니다.

크기가 너무나 작은 구멍들이 뚫려있기 때문에 눈으로 보기엔 그냥 색이 조금 진한 금속판떼기 같아 보입니다. 그런데 마스크와 기판이 닿는 면적이 작아야 왜곡없이 유기물이 증착되기 때문에 마스크의 두께가 매우 얇아야 합니다. 여기서 모든 문제가 발생합니다. 얇은 금속으로 마스크가 제작되는 만큼 면적이 넓어지면 무게 때문에 축축 늘어나 버리는 문제가 발생됩니다. 이런 상황이 발생하게 되면 기판과 마스크 사이에 공간이 생기면서 증착이 원하는 대로 이루어지지 않게 됩니다. 

이러한 이유때문에 마스크의 크기를 키우는 만큼 공정이 원하는 대로 이루어지지 않고 불량품이 속출하게 됩니다. 그러니 대형 TV에는 FMM을 적용한 RGB OLED를 적용하기가 만만치 않은 상태입니다. 오늘 정리한대로만 보면 무조건  WOLED가 유리하고 좋은 소자인것 같지만 그렇지가 않은 것이 WOLED는 색상을 컬러필터로 내는만큼 색상 관련하여 LCD와 차별점이 없습니다. 물론 전체적인 화질측면에서는 콘트라스트가 높고 시야왜곡이 적으며 적절한 광학설계로 외부광원이 잘 반사되지 않아 LCD보다 좋은것이 사실이나 만약 RGB 방식으로 대면적을 구현한다면 훨씬 좋은 화질을 갖게 될 겁니다.

그리고 배면구조를 이용하는 WOLED 특성상 기판위에 컬러필터와 함께 TFT들이 형성되는데 이는 개구율(Aperture ratio)를 깎아먹게 됩니다 이말은 개구율이 100%면 화면의 면적에 100%에서 발광하는 것을 말하고 50%면 화면의 절반은 TFT든 회로 배선이든 화소를 가리는 면적으로 화면의 50%만 발광에 사용된다는 말입니다.

그렇기 때문에 화면이 작고 가까운 거리에서 화면을 보기 때문에 개구율이 굉장히 중요해집니다. 그리고 RGB에서 적용되는 전면발광 방식이 미세공동효과라 불리는 마이크로 캐비티(micro-cavity)를 이용하여 색순도 개선과 효율측면에서 배면발광에 비해 압도적으로 좋은 특성을 지니기 때문에 소형에서는 RGB 방식이 압도적으로 우수한 소자특성을 보여줍니다.

이렇듯 WOLED와 RGB OLED는 각자의 장단점이 분명하여 서로의 영역에서 발전해 나아가고 있습니다. 

RGB, WOLED 특징정리

RGB 장점 : 효율, 색순도, 화질

RGB 단점 : 대면적적용 힘듦, 수율문제

WOLED 장점 : 높은 수율

WOLED 단점 : 소면적적용 힘듦, 색관련 요인