[LCD vs OLED] 2.1 OLED의 배면발광구조와 전면발광구조

지난 글에서 LCD와 OLED의 발광구조에 따른 구조의 차이를 살펴봤습니다. 이번 글에서는 OLED의 발광구조에 대해 조금 더 자세히 알아볼까 하는데요. OLED는 자발광인데 구조가 다를 게 뭐가 있을까 궁금하신 분도 있을거에요. OLED에 전기를 가하면 빛이 나는 건 동일하지만, 그 빛을 어떤 방향으로 보내는지에 따라 구조가 다릅니다. 간단해 보이는 OLED지만 이러한 구조를 정하는데도 구현의 용이성, 공정가능여부, 수명, 밝기 등 고려해야 할 요소가 많습니다.

OLED의 두 구조, 배면발광과 전면발광

OLED의 발광구조에는 크게 위 [A]처럼 OLED의 빛이 TFT로 향하는 배면발광구조 (Bottom Emission)구조와 [B]와 같이 OLED의 빛이 바로 출력되는 전면발광구조가 있습니다. 어떤 구조가 더 좋아 보이나요? 아무래도 OLED에서 나오는 빛이 TFT를 통과하려면 빛이 완전히 통과하지는 못하겠지요. 그래서 직관적으로 불리해 보이는 배면발광구조가 현재 OLED에 주로 사용되고 있는 방식입니다. 전면발광구조의 장점은 너무나 많지만, 구현에 어려움이 있기 때문이죠.

두 구조는 무엇이 다를까?

왜 전면발광구조가 구현이 어려운지 알기 위해서 조금 더 자세히 구성을 비교해 볼 필요가 있습니다. [A]는 배면발광구조의 한 픽셀의 단면 구조를 보여줍니다. OLED는 TFT 전극으로부터 전기신호를 받아 OLED의 양극(Anode)으로부터 음극(Cathode)에 흐르는 전류에 비례하여 빛을 냅니다. [A]의 구조를 보면 OLED의 양극(Anode)를 통과한 빛이 TFT를 피해 아래면 유리(Glass)로 나가죠? 이게 가능하기 위해서는 TFT가 OLED면을 다 가려서는 안되고 통과할 면적을 만들어 줘야 합니다.

그림 [B]의 구조를 보면 OLED의 빛이 음극(Cathode)을 통과해 바로 유리(Glass)면으로 나가는 걸 확인할 수 있을 거예요. 이때, TFT의 면적은 배면발광방식 대비 크게 중요하지 않습니다. 빛을 통과시켜야 할 영역을 확보할 필요가 없기 때문이죠. 이렇게 배면발광과 전면발광 방식에서는 동일한 픽셀에서 빛을 내보이는 개구율의 차이가 발생합니다. 개구율이 클수록 동일 전류를 공급했을 때 더 많은 빛을 보일 수 있는 건 당연하겠죠?

여기서 잠깐! 개구율이란?

개구율(Aperture Ratio)는 단위 화소에서 실제로 빛이 나올 수 있는 면적의 비율로, 개구율이 높으면 동일 전류를 흘렸을 때 나오는 빛의 양이 많아 휘도가 높습니다. 때문에 전력소모에서 유리하고, OLED의 경우 누적전류량에 의해 열화의 특성이 보이므로 개구율이 높을수록 수명이 길어집니다.

빛이 나가는 쪽이 투명해야한다

이렇게 TFT의 구조를 봐도 배면발광방식보다 전면발광방식이 더 좋아 보이는데요. 왜 배면발광방식을 주로 사용할까요? 다시 위 그림을 자세히 보시면 답을 찾을 수 있습니다. OLED는 양극(Anode)으로부터 음극(Cathode)에 흐르는 전류에 의해 빛이 납니다. 이는 양극과 음극이 전도성이 있는 물질이기 때문인데요. 먼저, 위 [A]를 자세히 보시면, OLED의 빛은 양극을 통과해 나오고 있습니다. 이 양극은 TFT 전극과 붙어 있고요. 이 것이 가능하려면 양극이과 TFT면에 빛을 통과시킬 수 있는 투명한 면적이 존재해야합니다. 그리고 빛의 방향 반대편에 전면에 깔린 음극은 빛의 반사가 가능해야 합니다. OLED에서 나오는 빛이 한 면으로만 나오지 않으니, 반대로 나오는 빛은 다시 반사를 시켜줘야 더 많은 빛이 나갈 수 있겠죠?

앞의 그림 [B]는 [A]와는 다르게 빛이 음극(Cathode)를 뚫고 지나갑니다. 그래서 음극이 투명해야하죠. 이 음극은 지난 장에서 구조에서 봤듯이 OLED의 전류가 빠지는 그라운드(VSS)로 모든 OLED가 공통으로 연결됩니다. 따라서 OLED에 걸리는 전압 / 전류를 동일하게 하기 위해서는 이 음극의 특성이 균일해야 한다는 전제가 있죠.

왜 전면발광구조가 힘들까?

조금 더 자세히 설명이 필요할 것 같아요. 위 그림은 OLED 의 음극 면적을 단면으로 저항으로 표시했습니다. 이 음극은 공통으로, 빠지는 전류는 하단부의 IC와 연결되는 방향으로 빠지게 되어있어요. 픽셀별로 빛을 낼 만큼 전압을 공급해주면, 패널 하단부까지 전류가 빠져야 OLED에 전류가 흐르게 되죠. 이 때 면적의 저항이 크면 어떻게 될까요? 패널의 위치별로 생성되는 전압이 다르게됩니다. 동일한 전류를 공급하고 싶어도, 위치별로 편차가 커지게 되죠. 만약 사이즈가 큰 디스플레이라면 더 큰 문제가 될 것입니다. 전면발광구조가 힘든 이유가 여기에 있습니다. 전면 발광구조를 위해서는 전면에 깔린 전극이 빛을 통과할 수 있어야 하는데, 투명하게 하려면 할수록 얇게 구성 물질을 얇게 해야 합니다.

하지만 얇을수록 전류가 빠질 공간은 적어져 저항 특성은 좋지 않게 되죠. 그래서 저항을 낮추자니, 투명하지 않게 되어 통과시키는 빛의 양이 작아지는 문제가 발생합니다. 반면 배발광구조는 공통전극이 메탈이라 저항이 낮아 저항 편차에 의해 발생되는 화면균일도에서 더 유리합니다. 그래서 지금 OLED에서는 배면발광구조를 많이 사용하고 있지요.

OLED의 발전을 위한 노력

OLED는 지금까지 여러 기술적 어려움을 극복하며 성장해 왔습니다. 배면발광방식이라고 해서 화질적으로 문제가 있는 건 아니지만, OLED의 수명을 늘리고 더 밝은 화면을 만들기 위해서는 전면발광방식의 기술개발이 계속해서 이루어져야 할 것 같습니다. 저항을 더 낮게 하기 위해, 더 투명한 전극을 만들기 위해 어떠한 해결책이 앞으로 나오는지 지켜보는 것도 흥미로울 것 같네요.