[LCD vs OLED] 4. 컬러필터의 차이

LCD와 OLED의 다른 점에 대해 사람들이 가장 먼저 떠올리는 것 중의 하나가 컬러필터의 차이입니다. LCD는 빛을 투과하는 디스플레이로 반드시 컬러필터가 있어야 하지만, OLED는 자발광 디스플레이라 컬러필터가 없어도 되기 때문이죠.

컬러필터의 사용유무로 인해 두 디스플레이 간에는 구조적 차이가 발생하고, 빛을 만들어 주는 방식과 물질이 다르기 때문에 색을 표현해 낼 수 있는 정도의 차이도 발생합니다. 디스플레이가 색을 다양하게 표현해 낼 수 있다는 것은, 조건에 따라 실제 사물의 색감을 더 정밀하게 표현해 낼 수 있다는 의미인데요. 그렇기 때문에 색을 다양하게 표시할 수 있는 능력은 디스플레이 화질에서 중요한 부분을 차지합니다. 이렇게 디스플레이에서 색을 표현해 낼 수 있는 능력을 수치화 한 지표로 ‘색재현율’이라는 용어를 사용한답니다.

그럼 지금부터 컬러필터에 대해 하나씩 살펴보고 컬러필터의 역할과 색재현율을 높이기 위한 노력, 그리고 OLED에서는 색을 다양하게 표현하기 위해 어떠한 방법들을 사용하는지 알아보도록 하겠습니다.

LCD와 OLED의 구조

그림과 같이 LCD는 색을 표현하기 위해 컬러필터가 필요합니다. LCD는 빛을 내는 부분이 백라이트인데요. 최근에는 LED를 주로 사용합니다. 가격의 문제, 디자인의 문제 등으로 백라이트에 사용되는 LED 수는 제한적이죠. 이 빛은 항상 켜져있고, LCD 전체에 비춰집니다. 항상 들어오는 이 빛을 보내줄지 말지 결정하는 부분이 TFT와 액정이고 마지막 통과된 빛의 색을 표현해주는 것이 컬러필터입니다.

OLED는 LED가 픽셀의 숫자만큼 있는 거라고 생각하시면 되는데요. 그렇기 때문에 픽셀 자체의 빛을 TFT에서 공급되는 전압, 전류 만으로 개별적으로 제어할 수 있습니다. 그래서 R,G,B OLED를 따로 쓰는 경우, 컬러필터가 필요 없게 되지요.

컬러필터란?

그럼 먼저 컬러필터에 대해 조금 더 알아보겠습니다. 다들 셀로판지를 사용해본 경험 있으시죠? 빛이 셀로판지를 통과하면 셀로판지와 동일한 색을 띠게 됩니다. 셀로판지는 통과되는 빛의 다른 파장을 흡수하고, 동일한 파장의 빛만 통과시키기 때문이죠. 컬러필터도 마찬가지예요. Red, Green, Blue의 컬러필터들은 백라이트에서 액정을 통과해 나오는 빛을 각 필터와 동일한 색의 파장만 통과하게 하죠. 그렇게 구분된 빛은 사람의 눈에서 합쳐져 정확한 색으로 인식된답니다.

여기서 잠깐! 컬러필터의 구조는?

이런 컬러필터가 LCD에서는 어떻게 구현되어있을까요? LCD는 TFT와 액정이 올라간 글래스와 컬러필터가 올라간 글래스, 이 두 가지로 구성됩니다. 그 후면에 백라이트가 붙고요.

컬러필터 글래스 위에는 먼저 컬러들간의 색을 구분해주기 위한 블랙 매트릭스가 올라가고 그 위에 컬러필터 역할을 하는Red, Green, Blue 안료가 올라갑니다. 그 위에는 컬러필터 층의 평판화를 위해 평탄화막(Over Coat)과 액정을 구동하기 위한 전극으로 ITO가 올라가죠.

OLED의 색재현율이 넓은 이유는?

컬러필터 유무에 의한 LCD와 OLED간의 차이를 얘기하면서 두 디스플레이간의 색의 차이에 대해 이야기 하지 않을 수가 없네요. 차이를 표현하기 위해서는 기준이 필요하겠죠? 앞서 말씀드렸듯, 색을 얼마나 표현할 수 있는지에 대한 기준으로 색재현율을 사용합니다.

 ‘색재현율’이란?

‘색재현율’이란 디스플레이에서 표현할 수 있는 능력을 수치화한 것을 의미합니다. 사람의 눈으로 볼 수 있는 파장의 빛을 ‘가시광선’이라고 하는데요. 디스플레이는 가시광선대의 모든 색을 모두 표현할 수는 없습니다. 그래서 기준을 두고 색을 얼마나 표현할 수 있는 디스플레이인지 수치화할 필요가 있습니다. 그래야 콘텐츠를 얼마나 정확한 색으로 표현하는지 알 수 있을테니까요. TV에서는 통상적으로 미국TV방식 위원회인 NTSC에서 설정한 기준을 규격으로 두고, 면적비로 색재현율을 나타낸답니다.

 

위 그림은 LCD와 OLED가 표현할 수 있는 색 반경을 색재현율 수치로 나타낸 그림인데요. 그림에서 보시다시피, 통상적으로 OLED가 LCD보다 색을 표현할 수 있는 반경이 넓습니다.

왜 그럴까요? 이유를 알기 위해서는 먼저 색이 어떻게 표현되는지를 이해해야 하는데요. LCD의 경우 백라이트에서 나온 광원과 컬러필터의 조합으로 색이 만들어집니다. 색재현율을 높이기 위해서는 컬러필터의 성능과 그에 매칭되는 광원의 특성이 매우 중요합니다. 컬러필터는 정확하게 컬러를 구분해 낼 수 있어야 하고, White 광원 역시 컬러필터에 매칭이 되도록 색을 정확하게 구분해내야하죠. 하지만 높은 성능의 컬러필터 구현은 비싸고, 너무 좁은 파장만 출력하게 되면 밝기가 떨어지는 문제가 있습니다. 그리고 광원으로 사용되는 White LED의 경우 Blue쪽 출력은 다른 색과 섞이지 않고 구분이 잘 되지만 Red, Green 색 구분이 명확하지 않습니다. 여러가지 개선을 위한 노력을 하지만 White LED 광원의 특성으로 인해 자유도가 떨어집니다.

OLED는 LCD와 달리 색상별로 자체발광을 합니다. 컬러필터 없이 색상을 표현할 때에 OLED의 컬러광원 특성 자체가 LCD의 백라이트와 컬러필터의 조합보다 좋기 때문에, OLED의 색재현율이 좋고 더 많은 색을 표현해낼 수 있는 것이죠.

위 그림은 LCD와 OLED가 R,G,B 빛을 발했을 때 측정되는 컬러 스펙트럼입니다. 색은 모두 다른 파장을 가지는데요. R,G,B 파장에서 각각 표현해낼 수 있는 극치가 클수록, 그리고 색이 섞이지 않고 명확히 구분될수록 색재현율이 높습니다. 위 그래프를 보시면, OLED가 LCD보다 R,G,B 파장별로 봉우리가 명확하게 구분되어 있는 것을 알 수 있죠? 이는 출력이 단색상에 가깝다는 의미이고, 단색상에 가까울수록 색순도가 높다는 의미입니다. 이처럼 OLED의 색 특성이 색을 표현할 때 섞이지 않고 명확히 구분되기 때문에 LCD와 대비했을 때 색재현율이 좋은 것이죠.

이번 장에서는 컬러필터 구조를 시작으로, LCD와 OLED의 색재현율을 비교해보았는데요. 다음 장에서는 색이 표현되는 원리와, LCD와 OLED에서 색 범위를 넓히기 위한 방법에 대해 보다 자세히 살펴보도록 하겠습니다.