[테크다이브] OLED 수명⋅발광효율 개선 열쇠…`중수소` 적용이란?

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[테크다이브] OLED 수명⋅발광효율 개선 열쇠…'중수소' 적용이란?

디지털데일리 발행일 2024-01-03 16:09:40

배태용 기자

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[디지털데일리 배태용 기자] 요즘 출시되는 TV나 모니터, 스마트폰, 테블릿 등 대부분 정보기술(IT) 제품의 경우 OLED(유기발광다이오드) 디스플레이를 사용해 만들어지는 것 알고 계신가요? 그만큼 OLED의 성능이 뛰어나기 때문인데요.

OLED는 현재 가장 선도적인 디스플레이 기술로 평가받고 있습니다. LCD와 비교했을 때, OLED는 백라이트가 필요 없이 자체 발광하는 유기물질로 구성되어 있기 때문에 얇고 가볍고, 색감이 뛰어난데다 전력 소모도 적습니다.

하지만 OLED에도 한계는 있습니다. 바로 수명과 발광효율입니다. 수명은 디스플레이가 작동하는 시간을 의미하는데, OLED는 LCD보다 수명이 짧습니다. 발광효율은 디스플레이가 내는 빛의 밝기와 전력 소모의 비율을 의미하는데, OLED는 LCD보다 발광효율이 낮습니다. 많이 사용되지만 단점들도 있는 만큼, 디스플레이 업계는 이를 어떻게 개선할지에 대해서 계속해서 고민하고 기술 발전에 열을 쏟고 있습니다.

OLED 수명과 발광 효율은 유기발광소자의 구조와 관련이 있는데요. 유기발광소자는 수소와 탄소로 이루어진 유기물질로 구성됩니다. 유기물질은 전기를 흘려주면 빛을 내는데, 이때 수소 원자가 떨어져 나가는 현상이 발생합니다. 이를 '수소 분리 현상'이라고 합니다. 수소 분리 현상은 유기물질의 구조를 약화하고, 빛을 내는 능력을 감소시킵니다. 따라서 수명과 발광효율이 저하됩니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 디스플레이 업계에서는 OLED의 수명과 발광효율을 개선할 수 있는 다양한 기술을 연구하고 있습니다.

그중 하나로 떠오르고 있는 것이 '중수소' 적용 기술입니다. 중수소는 말 그대로 더 무거운 수소를 뜻합니다. 수소와 비슷한 구조를 띠고 있지만, 중성자를 하나 더 가지고 있는데요. 일반 수소보다는 2배 정도 더 무겁습니다. 중성자는 인위적으로 합성한 물질이 아니라 자연에 실재하는 원소입니다. 중수소를 유기발광소자에 적용하면, 수소 분리 현상이 줄어들고, 구조가 보다 강해집니다. 이에 따라 OLED의 수명과 발광효율이 향상됩니다.

조금 더 쉽게 설명하자면, 별을 떠올리면 됩니다. 보통 발광체인 별은 수소를 연소하면서 빛을 낸답니다. 수소가 줄어들면 별의 밝기와 수명이 감소합니다. 이 원리입니다. 유기발광소자도 마찬가지로, 수소가 떨어지면 빛의 밝기와 수명이 감소합니다. 하지만 중수소 적용하면 구조가 더 강해지기 때문에 수소 분리 현상이 줄어드는 것이지요.

LG디스플레이는 지난해 'CES 2023'에서 중수소 기술을 적용한 신기술인 '메타(META) 테크놀로지'로 완성된 3세대 OLED TV 패널을 발표했다. [ⓒLG디스플레이]

하지만, 이를 OLED에 적용하는 것은 쉽지 않습니다. 중수소는 자연계에 존재하긴 하지만 그 양은 극소량이기 때문인데요. 약 6000개의 수소 중 단 1개 꼴이라고 합니다. 인위적으로 추출하는 방법이 있긴 합니다. 물에서 중수소를 추출하는 것인데요. 다만 이 과정은 매우 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

그래도 디스플레이 업체들은 기술의 발전에 따라 대비, 중수소 관련 연구개발(R&D)에 매진하고 있습니다. 가장 열심히 움직이고 있는 곳은 LG디스플레이인데요. LG디스플레이는 지난 2022년 모든 대형 OLED를, 중수소를 활용한 차세대 패널 OLED.EX로 전환했습니다. 현재까지 대형 OLED에서 중수소를 활용한 패널을 상용화한 기업은 LG디스플레이가 유일합니다.

특히 LG디스플레이는 지난해 CES 2023에서 신기술인 '메타(META) 테크놀로지'로 3세대 OLED TV 패널을 발표했는데요. 기존 대비 휘도(화면 밝기)를 60%, 시야각은 30%까지 획기적으로 향상한 것이 특징입니다.

삼성디스플레이는 중소형 부문에서 중수소 R&D에 나서고 있는 것으로 전해집니다. 삼성디스플레이는 현재 퀀텀닷(QD)으로 대표되는 TV·모니터용 OLED를 비롯해 중소형 OLED 사업을 하고 있는데요. 특히 중소형 OLED에서 중수소 기술 개발에 나서고 있는 것으로 파악됩니다.

디스플레이 업계에서는 중수소 기술의 적용이 OLED의 혁신을 이끌 것으로 기대하고 있습니다. 중수소 기술은 OLED의 수명과 발광효율을 개선하는 데 큰 역할을 할 것입니다. 관련 시장은 아직 초창기지만, 어떤 기업이 원가를 절감하면서도 중수소를 적용해 기술 리더십을 공고히 할지 기대됩니다.