삼성과 LG의 디스플레이 전쟁 : QD-OLED vs. WOLED

이번 CES 2022에서 재밌는 일이 벌어졌습니다. 대부분의 전문가들은 LG전자의 WOLED에 밀려 기를 펴지 못한 삼성전자가 CES 2022를 통해 자존심 회복을 할 것으로 기대했습니다. 하지만 예상과 달리 삼성전자는 심혈을 기울여 연구한 QD-OLED를 발표하지 않았습니다. 이번 포스팅에선 OLED의 종류와 함께 삼성전자가 왜 QD-OLED를 발표하지 않았는지 추측해 보았습니다.

 

 

요약 :
1. OLED 시장을 처음 주도한 것은 삼성전자이다.
2. 삼성전자의 대형 OLED의 포기한 것과 달리 LG전자는 WOLED를 주력으로 TV 시장을 선점했다.
3. QD-OLED를 통해 삼성전자는 반격의 기회를 맞이했다. 하지만...

 

 

 

 

 

 

 

먼저 보고 가자

 

 

 

OLED는 현존하는 패널 중 최고의 화질을 선사한다. OLED TV 하면 LG가 제일 먼저 떠오르는 것이 사실이다. 그래서 사실상 OELD 하면 LG의 WOLED를 지칭하는 것이었다. 하지만 여기에 삼성이 가세하며 크게 2종류 구분할 수 있게 되었다.^[각주:1]

 

 

	WOLED	QD-OLED
대표기업	LG전자	삼성전자
적용기기	TV 등 대형 제품	스마트폰, 테블릿 등 소형 제품
사용광원	White → RGB 발광층	Blue → Quantum Dot 발광층
방출방향	배면 발광 (Bottom emission)	전면 발광 (Top emission)
순간최대밝기	800 nit (OLED) 1,000 nit (OLED EVO[각주:2])	15,000 nit
Color Gamut (BT.2020)	76%	90%
Color Volume (DCI-P3)	94%	123%
라인업	4K : 48 inch 이상 8K : 77 inch 이상	34 inch 부터

 

QD-OLED와 WOLED의 스펙을 간단하게 비교하면 모든 면에서 삼성전자의 QD-OLED가 우수한 것을 알 수 있다. QD-OLED가 들어간 제품을 공개한다면 전 세계에 LG 디스플레이로부터의 승리를 선언할 수 있는 절호의 기회였다.

 

그런데 삼성전자는 왜 CES 2022에 제품을 전시하지 않은 것일까?

 

 

 

 

 

 

OLED 전쟁, 삼성디스플레이 AMOLED

세계 최초 AMOLED 양산화 성공

 

 

 

OLED는 Organic Ligt Emitting Diode의 약자로 유기 발광 다이오드를 뜻한다. 형광성 유기화합물에 전류가 흐르게 되면 전계발광현상^[각주:3]을 이용해 스스로 빛을 내는 특징이 있다.

 

 

(좌) iPhone 11 LCD (중) iPhone 11 Pro OLED (우) iPhone 11 ProMax OLED (출처:나무위키)

 

각각의 소자 하나가 스스로 빛을 발하기 때문에 LCD처럼 큰 백라이트(외부 광원)가 필요가 없다. 따라서 얇고, 높은 색재현율을 나타낼 수 있는 것이다.

 

무엇보다 검은색을 표현할 때는 소자 자체를 꺼버리면 되기 때문에 압도적이니 명암비를  선사한다. 또한 소자 별로 컨트롤하기 때문에 저저력이며, LCD에 비해 1,000배 빠른 응답속도를 보인다.

 

 

 

삼성전자가 내새운 Super AMOLED. 손담비와 에프터 스쿨의 "AMOLED" 노래를 통해 소비자에게 크게 각인시켰다.

 

삼성디스플레이는 2007년 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode; 능동형 매트릭스 유기 발광 다이오드)를 세계 최초 양산에 성공하며 일본 Kyocera Media Skin을 시작으로 삼성전자의 갤럭시 S에 이르기까지 다양한 모바일 기기에 적용했다.

 

이는 전 세계 시장의 95% 공급이라는 대기록으로 이뤄졌다. OLED 특성과 AMOLED의 상용화 그리고 스마트폰 시장의 확대라는 3박자가 잘 맞아떨어진 결과다.

 

하지만, AMOLED는 치명적인 단점이 존재한다. 이는 OLED에 미래에 대한 삼성의 판단에 큰 영향을 주게 되었고 결국 LG와 삼성의 운명을 바꿔놓았다.

 

 

 

 

 

 

AMOLED 한계, 삼성전자의 선택 

삼성전자 TV 시장을 포기하다

 

 

 

AMOLED는 결국 OLED인 만큼 현재의 단점뿐만 아니라 초창기 기술로써 기타 여러 문제를 추가적으로 갖고 있었다.

 

가장 대표적인 것은 역시 번인 문제다. 소자가 유기물이기 때문에 열에 약할 수밖에 없다. 따라서 LCD의 수명이 5만 시간인 것에 비해 AMOLED의 수명은 3만 시간 정도였다. 더욱이 소자의 색상별로 수명이 다른 점이 치명적이었다.

 

AMOLED는 Red, Green, Blue 3가지 색상(RGB OLED)을 지니는 소자를 사용했다. 그런데 파란색 빛을 내는 Blue 소자의 수명이 Red, Green에 비해 50% 정도 수명이 짧았다. 당시 스마트폰의 교체 주기가 2~3년인 것을 생각하면 2년도 버티기 힘든 패널을 적용한다는 것은 말도 안 되는 일이다. 이를 해결하기 위해 탄생한 것이 펜타일 방식이다.

 

 

(좌) 전통적인 RGB방식 (우) AMOLED에 적용한 펜타일 RG-BG 방식

 

펜타일 방식은 기존 서브픽셀이 빨강-녹색-파랑(RGB)으로 배치되었던 것을 빨강-녹색-파랑-녹색(RG-BG)으로 배치한 형태다. 파란색의 면적을 더 넓혀줌으로 인해 소자의 수명을 더 넓힌 것이다.

 

하지만 이는 색 오버라는 새로운 문제를 야기한다. 파란색의 면적이 커지다 보니 자연스럽게 색재현율이 크게 떨어졌다. 흰색을 표현해야 하는 부분이 대부분이 파란색으로 표현되기 때문이다.

 

AMOLED, 대형 제품엔 부적합

 

 

기술의 난이도도 큰 문제였다. OLED 패널을 만들기 위해선 유기물을 증착시키는 공정이 필요한데 이게 매우 까다롭다. 따라서 수율이 매우 낮았고, 대형화하여 TV에 적용하기엔 부담이 너무 되는 것이다.

 

무엇보다 화면이 커지면 커질수록 기판을 지지하는 금속판이 무거워져 가운데 부분이 쳐지는 문제가 발생한다. 어렵게 생산에 성공하더라도 앞선 색재현율과 번인 문제가 남아있다. 따라서 당시 개발하던 QLED를 미래 기술로 낙점하고 삼성전자는 제품 개발을 포기하게 된다.

 

 

 

 

 

LG디스플레이 WOLED로 답하다

WOLED를 통한 세계 TV 시장 점령

 

 

 

LG디스플레이는 배가 아플 수밖에 없었다. 왜냐하면 AMOLED의 저분자 발광 소자에 대한 원천 특허를 미국의 코닥으로부터1,000억 원을 들여 인수^[각주:4]하였으나 양산이 삼성전자보다 늦어졌기 때문이다. 그런데 이 특허 덕분에 반전이 일어났다.

 

📌 코닥의 특허 중 아래의 내용이 결정적이었다.

• 3개 이상의 발광층을 포함
• 소자 중간중간 connecting unit을 포함
• 백색광을 내는 OLED 소자를 이용해 RGB서브 픽셀을 구성

 

(좌) LG WOLED 방식 (우) RGB OLED 방식

 

위 특허를 통해 LG디스플레이는 WOLED를 양산할 수 있었다. 삼성디스플레이의 AMOELD가 R, G, B 3개 소자를 이용하는 반면, WOLED의 경우 파란색과 노란새을 섞은 백색광의 White OLED 위에 R-G-B 컬러 필터를 통해 색을 발현하는 방식^[각주:5]이다.

 

따라서, 3개의 소자가 아닌 백색 소자 하나 만으로 생산하므로 생산 난이도도 현저하게 낮아진다. 디스플에이에서 가장 중요한 색재현율과 명암비에서도 큰 강점을 나타낸다. 대형 TV를 생산하기 적합한 기술인 것이다.

 

하지만, WOLED에도 해결되지 않은 단점들이 존재한다.

 

낮은 밝기와 개구율

 

 

최대 밝기가 800 nit로 일반적인 LCD의 1500 nit와 비교하면 낮은 편에 속한다. 이는 유기물을 사용해 벌어지는 번인현상을 최소화하기 위해 밝기를 낮게 세팅했기 때문이다.

 

문제는 이뿐만이 아니다. 백색 화면이 많아지며 밝기가 밝아지는 장면의 경우 추가적으로 밝기 낮춰 OLED 패널을 보호한다. 따라서 특유의 물 빠진 색감을 보이게 된다.

 

(좌) OLED pixel (우) LCD pixel. OLED 특성상 전류양으로 밝기를 조절하기에 트랜지스터와 capaciter 등이 차지하는 면적이 크다. 따라서 개구율이 낮아져 최종적으로 화면의 밝기가 상대적으로 낮다.

 

낮은 개구율 또한 밝기 및 해상도에 영향을 준다. 개구율이란 디스플레이의 기본 구조인 화소(Pixel)에서 빛이 나올 수 있는 부분(개구부)의 비율을 의미한다.

 

OLED는 LCD와 달리 전류의 양을 통해 밝기를 조절한다. 따라서 4개의 TFT(박막 트랜지스터)와 2개의 capaciter를 필요로 한다. LG디스플레이의 WOLED는 바닥부터 층층이 쌓아 올린 배면 발광 방식으로 생산함으로 부품이 OLED 상부에 존재한다.

 

따라서, 추가적인 부품이 소자 위에 넓은 면적을 차지할 수밖에 없고, 이에 따라 빛이 가려지는 부분이 발생하여 개구율이 낮아지는 것이다.

 

표현할 수 있는 pixel의 면적도 덩달아 작아지기 때문에 4K 해상도 및 8K 해상도를 구현하기 위해선 높은 집적도를 형성한다. 따라서, 4K 제품은 48inch TV부터 적용되며, 8K 제품은 77inch TV부터 적용하여 생산하고 있다.

 

 

 

 

 

 

삼성의 두 번째 시도, QD-OLED로 극복?

구현만 제대로 한다면 최고의 기술

 

 

 

삼성디스플레이는 WOLED의 문제점을 극복할 방법으로 QD-OLED를 내세웠다. 스펙상으로 보면 1,500 nit의 높은 밝기와 BT.2020 기준 90%의 높은 색재현율을 보인다.

 

색재현율의 비밀은 구현 방식 차이에 있다. WOLED가 모두 흰색 바탕에 필터를 씌워 3가지 색을 구현했다면, QD-OLED는 파란색 OLED 바탕에 빨간색과 초록색의 QD를 통해 색을 구현했다.

 

색상 구현에서 색상 필터 통과라는 과정 하나가 없어졌기 때문에 색재현율이 높을 수밖에 없는 것이다. 이는 LG디스플레이가 갖고 있는 코닥의 특허를 영리하게 비껴가는 방식이다.

 

 

(좌) 배면 발광 (우) 전면 발광. 전면 발광 방식으로 제조한 경우 TFT 층에 가려지는 부분이 없어 개구율이 높아 밝기도 높다. 

 

높은 밝기 구현은 방출 방향 특성에서 기인한다. WOLED가 배면 발광 형태라면 QD-OLED는 전면 발광이다. 앞서 언급했듯 OLED의 전류를 조절하기 위해선 TFT(박만 트랜지스터)를 반드시 필요로 한다.

 

배면 발광의 경우 생산에는 용이하나 TFT가 발광부 앞쪽에 위치한다는 단점이 있다. 반면, 전면 발광의 경우 생산은 어려우나 TFT가 발광부 후면에 위치함으로 장애물 없이 빛을 방출할 수 있는 것이다. 부가적으로 더 작은 해상도에서 8K도 구현이 용이하다.

 

그렇다면, LG의 OLED 독주체제는 끝이 나게 되는 것일까?

 

 

 

 

 

 

기술은 있고 제품이 없는 삼성전자 CES2022

가격과 제품 퀄리티를 잡아야 하는 삼성전자의 딜레마

 

 

 

QD-OLED가 그렇게 대단한 제품이면 삼성전자는 왜 CES2022에서 언급하지 않은 것일까? 이것은 아마도 기술의 완성도가 생각만큼 높지 않았기 때문일 것이다.

 

QD-OLED의 구현 방식의 핵심인 QD의 특성을 생각해보면 생산 난이도가 매우 높음을 알 수 있다. QD은 양자 제한 효과 또는 양자 구속 효과'(Quantum Confinement Effect)라는 현상을 이용한 것이다. 나노 입자 크기를 조금씩만 바꿔도 색깔이 크게 바뀐다. 다시 말해 같은 물질이지만 크기를 달리하면 색이 달라진다.

 

 

퀀텀닷(Quantum dot)은 빛을 받으면 각각 다른 색을 띔.

 

앞서 삼성디스플레이는 파란색 OLED 판 위에 빨간색과 녹색의 QD를 올린다고 언급하였다. OLED로 빛을 내고, 빛을 받은 QD를 통해 빛의 효율을 높이는 방식이다. 다시 말해 굉장히 작은 크기의 소자에 굉장히 굉장히 작은 나노미터 단위의 반도체 물질을 정확히 원하는 양을 주입해야 한다는 것이다.

 

수율 문제를 해결하지 못했을 것이다.

 

 

삼성은 경쟁작인 LG의 WOLED보다 더 좋고, 더 싼 가격에 공급해야 한다. 하지만 위처럼 기술의 난이도가 높은 만큼 수율 문제에 봉착했을 것이다. 삼성전자에선 50%의 수율을 장담하고 있지만 실제론 30% 수준일 것으로 예상된다.

 

문제는 QD 컬러필터와 잉크젯 비용이 추가되며 생산 단가 또한 WOLED에 비해  20~30% 비싸다는 것이다. 이미 LG가 꽉 잡고 있는 시장에 진입하기 위해 낮은 가격을 제시할 수도 없는 상황인 것이다.

 

성능 또한 소비자 입장에서 크게 체감되지 않을 것으로 보인다. 사실 LG WOLED의 단점으로 낮은 밝기를 꼽았지만 TV를 주로 시청하는 시간대를 생각한다면 큰 단점이 아니란 것을 알 수 있다.

 

주 시청시간은 퇴근한 뒤 저녁이기에 높은 밝기를 필요로 하지 않는다. 더욱이 너무 높은 밝기는 눈에 피로감을 주기 때문에 필자 또한 실제 사용 시엔 오히려 밝기가 더 낮은 "시네마 모드"로 주로 시청한다. 이미 충분히 OLED의 역할을 보여주고 있는 것이다.

 

이는 최근 LG 디스플레이로부터 WOLED를 공급받기로 결정한 삼성전자의 행보를 통해 유추할 수 있다.^[각주:6] LG전자가 OLED 시장을 80% 넘게 점유한 지금 삼성전자는 더 이상 OLED 시장 진입을 미룰 수 없다. 더욱이 OLED의 대체품으로 야심 차게 내놓았던 miniLED의 성장이 기대에 못 미쳤다. 기술 장벽이 높은 OLED와 달리 miniLED에 대한 중국의 추격이 매섭기 때문이다.^[각주:7]

 

 

삼성디스플레이의 QD디스플레이 (출처:삼성디스플레이)

 

이런 딜레마 속에 삼성전자는 QD-OLED를 공급한 소니와 함께 QD 디스플레이 TV를 올해 상반기 300만 원대의 출고가로 내놓을 것으로 보인다.^[각주:8] TV 출시 초기 최대한 많은 고객을 확보해야 하는 삼성전자로썬 어쩔 수 없는 선택이었을 것이다.

 

가격은 예상 가였던 600만 원에 비해 매우 낮아져 매우 매력적이다. 하지만, 충분히 대세로 자리 잡은 LG의 얼라이언스 Dolby vision을 선택하지 않은 점이 매우 아쉽다.

 

과연 QD-OLED TV는 어떤 모습을 보여줄까?

 

 

 

 

LG 스마트TV : OLED 55BX

LCD, LED, OLED, Mini LED 차이점

 

1. PMOLED, AMOLED 등을 제외한 현재 OLED 시장을 주도하고 있는 LG의 주력 WOLED와 그와 경쟁하는 삼성디스플레이 QD-OLED를 논함 [본문으로]
2. LG디스플레이가 개발한 신규 패널 [본문으로]
3. 전계발광(EL; electroluminescent)이란 발광물질에 전기를 가해 빛을 내는 방식으로 특히 OLED에서는 전자와 정공이 서로 만날 때 발생하는 에너지가 빛의 형태로 방출되는 것이다. [디스플레이 톺아보기] ⑤ OLED의 원리와 구조 | 삼성디스플레이 뉴스룸 (samsungdisplay.com) [본문으로]
4. LG, 코닥OLED사업 인수…시장 주도권 잡기 나서 - 매일경제 (mk.co.kr) [본문으로]
5. RGBW와는 다르다. RGBW는 4가지 색을 나타내는 소자를 사용한 것이고, WOLED는 모두 흰색광을 낸다. [본문으로]
6. LG 패널 사용한 '삼성 OLED TV' 나온다 - 전자신문 (etnews.com) [본문으로]
7. LCD 시장 접수한 중국... '미니 LED'로 OLED 추격 | 아주경제 (ajunews.com) [본문으로]
8. [단독] 삼성·소니 QD-OLED TV 출고가는 300만원대 - IT조선 > 기업 > PC·가전·모바일 (chosun.com) [본문으로]