OLEDs오고있다 : 그러나 LCD 반격 할 것인가?

LG 전자 55EF950V 스마트 3D 울트라 HD 4k 55 인치 OLED TV

OLED 디스플레이는 현재 잠시 동안 스마트 폰에 사용되어 왔기 때문에 스케일링 및 제조 수율이 향상되어 TV에 적합한 대형 디스플레이가 경제적으로 실행될 수있는 시점까지는 시간 문제였습니다. LG 전자는 2013 년 1 월에 14,999 달러 (약 10,300 파운드)의 가격으로 OLED TV를 생산하기 시작했다. 1 년 후 그 가격은 반으로 줄었고 LG OLED Ultra HD 4K TV의 현재 가격은 3,000 파운드 미만이다. 그 관점에서, LG 전자는 £ 800 이하의 LCD 기술을 기반으로 55 인치 TV를 판매 할 예정입니다.

분석 회사 인 IHS Technology에 따르면 AMOLED TV (Active Matrix OLED)의 판매량은 2016 년에는 200 만 건, 2018 년에는 1,000 만 건이 될 것으로 예상됩니다. 그리고 디스플레이 기술이 TV 시장에 출시되면 보통 발생합니다. 우리는 OLED가 컴퓨터 디스플레이 시장에 진입하는 것을보기 시작했습니다. 예를 들어, 최근의 CES 쇼에서는 Lenovo의 ThinkPad X1 Yoga, HP Spectre x360 및 Samsung Galaxy Tab Pro S와 같은 Dell의 30 인치 모니터에서 OLED를 보았습니다.

레노버 씽크 패드 X1 요가 (왼쪽 위), HP 스펙터 x360 (오른쪽 위), 삼성 갤럭시 탭 프로 S (아래 왼쪽), 델 울트라 샤프 30 OLED 모니터 (CES 2016)

그렇다면이 새로운 OLED 스크린은 기존의 LCD 기술과 어떻게 비교 될까요? 성능이 현저히 향상 되었습니까? 수확량과 비용은 어떻게되고 장수명은 어떨까요? 이것들은 아직 초기 단계에 있으며 OLED 기술은 향상 될 것이지만 그것이 지금 어떻게 쌓여 있는지 보자.

모든 제조 공정에서 생산 라인에서 나오는 완전한 기능 단위의 수를 수율이라고하며 일반적으로 백분율로 표시됩니다. 수익률이 낮 으면 최종 사용자에게 더 높은 가격이 책정됩니다. 디스플레이 화면은 극도의 품질 관리로 넓은 영역에서 미크론 완벽한 정밀도를 요구합니다. 제조 방법을 경제적으로 지속 가능한 수준까지 끌어 올리고 기본 기술에 대한 점진적 개선, 제조 방법 개선 및 지속적인 미세 조정이 필요합니다.

OLED 개발 및 생산에 관여하는 다양한 회사들이 높은 수율의 고성능, 오래 지속되는 디스플레이 패널을 추구하는 기본 기술의 변화를 모색하고 있습니다.

업계의 다른 사람들이 OLED의 잠재력을 의심 할 때, LG 디스플레이는 Kodak의 기술을 2009 년에 구입했습니다. LG는 WOLED (White OLED) 기술을 개발하고 대형 패널을 제조하는 공장에 수백만 달러를 투자했습니다. LG 전자의 글로벌 커뮤니케이션 이사 인 켄 홍 (Ken Hong)에 따르면 2014 년에 “아무도 WOLED를 쫓지 않는다는 사실은 우리가 10 년 동안 느낄 수있는 놀라운 이점이며 아무도 우리를 잡지 못할 것입니다 2 ~ 3 년 동안, 그것은 꽤 큰 리드입니다. ”

유기 LED는 금속 원소 기반의 화학보다는 탄소 (또는 독성이 덜한) 탄소 / 수소 기반의 화학을 사용하기 때문에 ‘유기’라고 불립니다. OLED는 전형적으로 전자 수송 및 발광층 (ETL) 및 정공 수송층 (HTL)의 두 유기 분자 층으로 구성된다. 이들 층은 음극과 투명 양극 사이에 샌드위치된다. 적당한 전압이 음극과 양극 사이에인가되면, 층들은 빛을 방출한다. 레이어의 화학적 특성을 변화시켜 다양한 색상을 만들 수 있습니다.

전형적인 유기 발광 다이오드 (Organic Light-Emitting Diode, OLED)의 구조.

OLED 스크린은 백라이트가 없다. 왜냐하면 각 서브 픽셀은 빛을 직접 방출하는 OLED이고, 비디오 신호는 밝기를 제어하기 때문이다. OLED가 꺼져있는 검은 색 깊이는 디스플레이에서 반사되는 주변 광에 의해서만 제한됩니다. 액티브 매트릭스 OLED (AMOLED)는 각 OLED가 로우 앤드 매트릭스를 통해 어드레싱 된 박막 트랜지스터 (TFT)에 의해 구동되기 때문에 LCD 패널과 공유 기술을 디스플레이한다. 다양한 비효율적 인 빛 가이드, 디퓨저, 편광 필름 및 LCD 필터의 컬러 필터가 없으면 OLED 픽셀 LED는 높은 피크 백색에 대해 높은 밝기를 제공 할 수 있습니다. OLED 기술은 높은 피크 밝기와 넓은 범위의 명암 및 색상 영역을 제공 할 수있는 잠재력이 있습니다. 또한 OLED는 0.1 밀리 초 (ms)의 응답 시간으로 이점을 갖는다.

OLED 패널에 대한 초기 연구는 각 픽셀에 개별 적색, 녹색 및 청색 OLED를 갖는 것에 대한 명백한 아이디어에 초점을 맞추었고, OLED 스크린을 개발하는 회사의 대다수는 여전히이 아이디어로 작업하고 있습니다. 픽셀의 각 OLED에서 나오는 빛의 주파수와 순도에 따라 가장 넓은 색 영역과 대비를 제공합니다. 그러나 현재, 청색 OLED는 효율 및 수명 문제로 어려움을 겪고있다.

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WOLED-CF 디스플레이의 상대적으로 간단한 5 계층 구조의 분해도.

능동 소자를 단순화하고 수율을 향상시키는 White Organic LED-Color Filtered (WOLED-CF) 또는 White RGB라고하는 또 다른 방법은 디스플레이의 모든 LED를 백색 OLED로 제조하는 것입니다. LCD 패널처럼, 액정 변조 백라이트가 아닌 픽셀 LED의 ‘흰색’빛은 적색, 녹색 및 파란색 필터를 통해 필터링됩니다. 이것은 콘트라스트가 좋은 (넓은 다이나믹 레인지) 디스플레이를 생성하지만, WOLED의 빛과 필터의 조합에있는 색 불순물은 색 영역을 손상시킵니다.

LG는 WOLED M + 기술의 구성을 호출하고, WOLED 하위 픽셀 앞에있는 컬러 필터를 사용하는 동시에 필터링되지 않은 흰색 하위 픽셀을 추가합니다. 적색, 녹색, 청색 및 백색 (RGBW) 서브 픽셀은 RGB, WRG, BWR 및 GBW의 4 가지 조합으로 결합됩니다. 필터링되지 않은 흰색 하위 픽셀은 높은 피크 밝기를 가능하게하고 M + 패널은 HDR 이미지를 지원합니다. LG는 또한 고화질 LCD 패널에서 M + 구성을 사용합니다.

LCD 화면의이 분해 다이어그램은 백라이트가 필요함에 따라 복잡성이 추가되었음을 보여줍니다.

LCD (Liquid Crystal Display) 화면은 편광 전자 셔터 및 컬러 필터를 통해 별도의 백라이트에서 빛을 변조하여 작동합니다. 백라이트에서 빛을 차단하고 필터 및 백라이트의 색상 순도에 따라 편광 셀의 동적 범위에 대한 제한이 대비 및 색상 영역에 제한을 두었습니다. 백라이트의 편광되지 않은 빛은 시스템이 작동하기 위해 초기 편광 필터를 통과해야하며 백라이트의 밝기를 즉시 50 % 이상 줄여 효율을 떨어 뜨립니다. LCD의 전반적인 광 효율은 백라이트 LED에서부터 화면 전면까지 5 퍼센트까지 낮을 수 있습니다!

그러나 기존의 제조 플랜트 및 방법을 폐기하지 않고도 기존의 LCD 기술을 대폭 향상시킬 수 있다면 어떨까요? 이는 구형 (무기) 백색 LED 에지 – 조명 백라이트를 양자점 기술에 기반한 백라이트로 대체함으로써 정확히 수행 할 수 있습니다. LCD 패널의 백라이트는 기계적으로 분리 된 유닛이며 현재 LCD 패널 제조 공장에 다른 유형의 백라이트를 도입하는 것은 비교적 간단합니다.

양자점은 반도체 소재의 결정을 정확한 크기로 제조 할 수있는 나노 기술의 응용 분야입니다. 고주파 (자외선 또는 청색) 빛으로 밝게 빛나는 경우,이 결정은 형광을 발하며, 고주파 빛을 더 낮은 주파수의 빛으로 변환시킵니다. 더군다나 그들이 방출하는 빛의 빈도 나 색은 결정의 크기와 직접적으로 관련이 있습니다. 변환 효율은 거의 100 %이며 좁은 대역이며 출력 파장은 크리스털 크기에 의해 결정됩니다.

즉, 두 개의 특정 크기의 결정이 혼합되어 플라스틱 시트에 삽입 될 수 있습니다. 플라스틱 시트가 일반적인 청색 LED의 고주파 빛으로 조명되면 양자점은 그 빛의 일부를 다운 시프트, 협 대역, 빨강 및 녹색으로 변환합니다. 양자점의 정확한 주파수는 각 LCD 픽셀의 전면에서 염료 기반 RGB 필터의 응답과 일치하도록조차 조정할 수 있습니다. 양자 도트가 도핑 된 플라스틱 시트는 분산 된 LED 조명과 함께 사용될 수 있으며, 도핑 된 플라스틱 막대가 에지 조명 디스플레이와 함께 사용될 수 있습니다.

이 분야의 선도 기업인 Nanosys는 이러한 시트를 QDEF (Quantum-Dot Enhancement Film)라고 부릅니다.

무기 ‘백색’LED의이 스펙트로 그램은 465 나노 미터를 중심으로하는 청색 LED의 협 대역 출력을 명확하게 보여 주며 황색 형광체로부터의 광대역 출력이 뒤 따른다. 점선으로 된 파란색 곡선은 비교를 위해 파란색 전용 LED의 출력입니다.

이 스펙트로 그램은 QDEF 시트가있는 파란색 LED 백라이트의 출력을 보여줍니다. 녹색 및 적색 피크는 이전 플롯에 표시된 ‘백색’LED의 출력과 비교하여 급격히 정의되고 좁은 밴드입니다.

현재의 LCD 백라이트는 주로 청색 빛의 일부를 하강시키는 황색 형광체가 첨가 된 청색 LED (가장 일반적으로이 형광체는 YAG, 이트륨 알루미늄 가닛)가 무기물 인 ‘백색’LED의 에지 조명을 기반으로합니다. 황색 형광체의 빛은 녹색 및 적색 주파수를 모두 포함하지만 LCD 픽셀의 녹색 및 적색 필터와 효율적으로 일치하지 않습니다. 이것은 최대 밝기와 색 영역을 제한합니다. 대조적으로, 디스플레이 영역의 뒤쪽에 분포 된 무기 파란색 LED에 의해 구동되는 양자점 백라이트는보다 높은 피크 휘도, 크게 확장 된 색 영역, 더 높은 효율을 생성하고 ‘로컬 디밍’콘트라스트 향상을 허용한다.

양자점은 LED의 구조에 직접 통합하여 사용할 수도 있지만 QDEF 백라이트 기술은 양자점을 사용하여 LCD 설계를 상당히 개선하는 가장 간단한 방법입니다.

CIE 1931 컬러 다이어그램의이 렌더링은 현재의 청록색에서 빨강, 녹색 및 청색 좌표를 보여줍니다. 709 UHD TV 색 영역, 단색 검은 색 삼각형으로 플롯, 새로운 rec. 2020은 점선으로 표시된 검은 색 선입니다. 녹음 2020은 최신 OLED 및 양자점 디스플레이의 대폭 확장 된 영역을 고려합니다.

새로운 OLED 및 양자 도트 LCD 디스플레이의 기능에 비해 오늘날 대부분의 사람들이 TV 및 컴퓨터 디스플레이에서 보는 색상 및 밝기의 범위는 놀라 울 정도로 작습니다. 오늘날의 HDTV 방송을위한 색 영역 표준은 ITU-R Recommendation BT.709에 정의되어 있으며 1953 년부터 컬러 CRT의 형광체와 거의 다른 색 좌표가 정의되어 있습니다. ITU-R Rec. BT.2020은 향후 UHDTV에서 기대할 수있는 색 영역을 지정하며, CIE XYZ 색상 다이어그램에 포함 된 색 영역 플롯이 보여 주듯이 이것은 큰 발전을 의미합니다.

그러나이 넓은 영역이 보이기 위해서는 원본 자료에 있어야합니다. 현재의 전문 디지털 무비 카메라는 광역, 고 다이나믹 레인지 이미지를 캡처하지만 방송 또는 광학 디스크 배포를 위해이 소스 자료가 처리 되 자마자 현재의 rec.709 표준을 충족하도록 영역 및 동적 범위가 축소됩니다.

신호 처리 전문가 Dolby는 Dolby Vision을 통해 전문성을 비디오에 적용했습니다. 돌비 (Dolby)에 따르면 고 대비는 깎아 지른듯한 해상도보다 사실적인 이미지를 구현하는 데 훨씬 더 중요합니다. Dolby Vision은 TV 방송 및 영화 배급이 새로운 HDR 표준을 충족 할 수 있도록 설계되었습니다. 현재 TV 및 Blu-ray 표준은 최대 밝기를 100 니트로 제한하고 최소 밝기는 0.117 nit로 제한합니다. Dolby Vision을 사용하면 상한선이 현재 4,000 니트로 증가합니다.

Dolby Vision은 HDRTV (High Dynamic Range TeleVision)라고도 알려져 있으며 고 대비 및 고휘도 디스플레이가 필요합니다. 퍼즐의 두 번째 부분은 Dolby의 독점적 인 신호 처리입니다. 이것은 기존의 비디오 코덱의 기능을 독창적으로 사용하여 높은 동적 범위의 비디오를 인코딩합니다. Dolby의 독자적인 알고리즘을 실행하는 디코딩 칩이 장착 된 HDR 디스플레이는이 신호를 디코드하여 사용 가능한 색 영역의 전체 범위로 디스플레이를 구동하는 동시에 신호가 이전 디스플레이와 호환되도록 유지합니다.

이 두 이미지는 현재 방송 표준 (상단)과 HDR 이미지 (하단)에서 허용되는 동적 범위를 가진 이미지의 차이를 암시합니다.

이 기사는 OLED 기술을 살펴보기 시작한 것이지만, 실제로 대중 시장에 도달하기 시작한 컬러 디스플레이는 색 영역에있어 엄청난 향상을 제공합니다. 이것이 OLED를 통해 이루어 지든 기존의 LCD 기술이 개선 되든 거의 중요하지 않습니다.

최신의 전문적인 디지털 영화 / 비디오 카메라는 광범위한 음악 영역과 높은 동적 범위로 컨텐츠를 제작할 수 있으며, 대부분은 1950 년대에도 여전히 고착 된 방송 표준으로 인해 손실되고 있습니다. 이제 컨텐츠 제작자와 전달 시스템이 단계를 밟아 최신 HDR 기술을 구현하고 이러한 새로운 디스플레이를 최대한 활용할 때입니다.

기술의 보급이 가능 해지고 성과가 크게 달라질 수 있으므로 구매자는 새로운 디스플레이 제품을 선택할 때주의해야합니다. 디스플레이의 미래는 실제로 밝아 보입니다. 사실 매우 밝습니다.

감사의 말 : Nanosys의 Corporate Communications Manager 인 Jeff Yurek는이 기사에서 QDEF에 대한 정보를 제공했으며 LG Display는 OLED 디스플레이에 대한 정보를 제공했습니다.

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