빛의 역사를 다시 쓴다, LED
LED의 탄생
우리 사회 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는 LED는 현재 국가적으로 ‘신성장동력’으로 선정, 무한한 활용분야 개척에 열을 올리고 있는 실정이다. ‘Light Emitting Diode’의 약자인 LED는 발광 다이오드라 부르기도 한다.
LED가 처음 세상에 공개된 것은 1907년, 지금으로부터 1세기를 거슬러 올라간다. 당시 영국에서 무선통신을 연구하던 마르코니 실험실의 연구원인 헨리 조셉 라운드에 의해 LED의 발광현상이 최초로 관찰됐다는 기록이 있다. 하지만 원하는 색상을 만들 수 없었으므로 당시로서는 ‘발광현상’의 발견에 지나지 않았다.
1920년대에 접어들면서 러시아의 전기 과학자 올레그 로제프가 라디오에 들어가는 다이이오드를 통해 발광 다이오드를 발견하게 되고 독립적인 LED 발광체를 만드는 데 성공을 거뒀다. 이 사건은 러시아와 독일, 영국의 과학 저널에 소개될 정도로 주목을 받았으나 1960년대 이전까지 상품가치를 인정받지 못했다.
오랫동안 가능성에 그쳤던 LED는 1962년 제너럴일렉트릭(GE)의 닉 홀로냑 주니어(Nick Holonyak Jr.)가 최초로 붉은 가시광선 빛이 나오는 RED LED를 개발하는 데 성공하면서 급속도로 진척을 이뤘다(홀로냑은 그 공로로 2004년 Lemelson-MIT상을 수상하기도 했다). 또한 홀로냑의 제자인 조지 크래포드(George Craford)가 Yellow LED를 개발하는 데 성공했고, 1970년대 초반 미국 가전회사 RCA가 청색 LED를 발명하는 데 성공을 거둬 LED 개발은 급물살을 타기에 이르렀다.
RED LED를 최초로 개발한 닉 홀로냑 주니어 (사진 출처:http://www.gruponeva.es)
그러나 LED라는 신소재 개발에는 막대한 비용이 소요됐다. 녹색 LED가 발명된 1968년만 하더라도 가시광선, 적외선 LED 칩셋의 가격이 개당 200달러나 해 제품화하거나 개인이 연구하는 데 한계를 가질 수밖에 없었다. 빛을 내는 반도체인 LED는 무한한 가능성을 내포하고 있었지만 그 가능성을 현실적인 가격의 소형 제품화하기 어려워 또 다시 오랫동안 큰 발전 없이 지지부진한 연구가 이어졌다.
그런 LED가 빛을 보게 된 것은 1990년대에 들어서다. 1993년 나카무라 슈지라는 일본인이 고효율의 청색 LED를 최초로 상용화하는 데 성공했다. 이후 1996년경 나카무라 슈지가 청색 LED에 Yellow 인광물질을 씌워 백색광을 만드는 데 성공을 거두자 비로소 LED가 조명기구로 사용될 수 있게 되었다.
이후 LED는 조명뿐 아니라 계산기, 알람시계, 삐삐와 휴대폰의 키패드 등 다양한 분야의 제품에 백라이트 유닛으로 사용되기에 이르렀다. 참고로, 청색 LED를 세계 최초로 발명한 나카무라 슈지는 당시 재직 중이던 닛치아 화학공업으로부터 고작 2만엔의 포상금을 받았으나 낫치아 화학공업을 상대로 특허권 확인소송을 건 니카무라 슈지는 재판에서 승소, 나카무라 교수에게 200억엔을 지급하라는 판결을 내렸다.
LED의 구조 · 구성, 발광원리
LED는 ‘전기를 흘리면 발광하는 다이오드’라 정의 내릴 수 있다. 그렇다면 일종의 반도체 소자인 다이오드가 어떻게 스스로 빛을 띄게 됐을까? 그 원리를 살펴보도록 하자.
LED 칩의 기본구조는 포지티브(Positive) 정공이 많은 ‘P형 반도체’와 네거티브(Negative) 전자가 많은 ‘N형 반도체’가 접합된 ‘PN 접합’으로 구성된다. LED 칩에 순방향의 전압을 걸면 LED 칩 안을 전자와 정공이 이동해 전류가 흐르게 된다.
이동하는 도중 전자와 정공이 부딪치면 서로 결합하게 되고 결합 상태에서 전자와 정공이 원래 가지고 있던 에너지보다 작은 에너지로 변형되는데 이때 발생하는 여분의 에너지가 빛과 에너지로 변환되어 발광한다. 이것이 LED의 발광원리이며 발광 효율이 적을수록 적은 전기로 강한 빛을 만들 수 있게 된다.
초기 LED는 발광할 수 있는 색이 제한적이었는데 그 이유는 LED 칩에 사용되는 화합물에 있다. Ga(갈륨), N(질소), In(인듐), Al(알루미늄), P(인) 등 반도체를 구성하는 화합물에 따라 빛의 파장이 달라지게 된다. 빛의 파장은 450nm 전후가 청색, 520nm 전후가 녹색, 640nm 전후가 적색을 띈다. 1962년 적색, 1968년 녹색, 그리고 1990년대 청색 LED가 개발되면서 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색의 구현이 가능하게 되었다. 이를 통해 자연계에서 얻을 수 있는 대부분의 색을 빛으로 구현할 수 있는 기술을 확보하게 되었다.
다른 조명기기와 달리 다양한 색상을 만들어냄에도 불구하고 그 크기가 획기적으로 줄어든 탓에 LED는 전자제품, 자동차, 특수장비 등의 일부분으로, 나아가서 디스플레이, 휴대폰, 노트북, 전자사전 등 소형 가전제품에도 두루 쓰기에 됐다. 그러나 무엇보다 가장 큰 성장 가능성을 가진 분야가 바로 조명산업 분야다.
네덜란드 한 주택가에 도입된 LED 보안등 적용 화면
조명산업이 가장 주목 받는 이유는 일반 국가의 전체 전력 소모량 가운데 약 20% 정도가 조명용으로 사용되기 때문이다. 조명은 다른 산업 제품과 비교했을 때 상대적으로 관리가 쉬워 여러 나라에서 LED 조명의 대중화를 위해 다양한 정책과 기준 등을 정비하고 있는 실정이다.
조명 산업에서 가장 유용한 컬러는 역시 백색이다. LED의 백색 구현 기술은 청색 LED와 노란색 형광체를 하나의 LED 패키지로 구성하는 기술이다. 기술이 발달하기 이전에는 적색, 녹색, 청색의 단색 위주로 가전제품에 사용됐지만 이제는 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색을 섞어 자연스러운 백색을 만들 수 있게 됐다. 일부 조명 제품의 경우 밝기의 정도와 색상까지 임의로 조절할 수 있는 조명까지 출시되었을 만큼 LED 조명의 사용 범위는 넓다 할 수 있다.
LED는 반도체 자체가 발광하는 특성을 간직해 백열등처럼 필라멘트가 끊어져 점등되지 않는 경우가 없다. LED의 수명은 제품에 따라 큰 차이를 보이지만 약 5만 시간 이상의 긴 수명을 자랑하며 전기 효율이 나쁜 백열들에 비해 90% 가량 효율이 향상된다.
인류에게 있어서 조명은 실내공간에서의 삶을 영위함과 동시에 야간생활이 가능하도록 만들어준 놀라운 기술이다. 인류의 문명과 동일한 장고한 역사를 간직한 조명 역사가 변혁을 맞이한 것은 1870년대 에디슨이 백열램프를 개발한 순간부터지만 LED는 한 세기가 넘도록 진보해온 조명 역사를 단숨에 뛰어넘을 만큼 혁신적이다. 전기 에너지를 사용하는 조명 중 가장 친환경적인 만큼 미래 시대에 걸맞은 조명이라 부를 만하다.
LED 산업 응용분야
LED 제품의 응용 분야는 굉장히 다양하다. 초기에는 단색 점광원을 활용한 무드등이나 기기 작동등, 휴대폰 키패드 라이트 등으로 사용됐지만 백라이트 유닛으로의 가능성이 확인되면서부터 이동통신 단말기, PDA, 디지털 카메라, 캠코더 등 모바일 기기 시장에서 광범위하게 사용되고 있다.
LED는 형광등에 비해 그 수명이 길고 전력 소모가 옥내 외 광고판, 소형 가전 BLU, 실내 조명, 교통신호기도 차츰 LED로 교체되고 있다.
초기 LED는 단색 발광만 가능해 모바일 기기의 키패드 조명 등으로 사용되다
LCD 화면 뒷면의 백라이트 유닛까지 확대되는 등 다양한 분야로 응용되고 있다.
무엇보다 LCD TV의 광원으로 사용되던 형광램프를 LED 칩셋으로 교체한 LED BLU(Back Light Unit) TV가 발매되면서 평판형 TV는 새로운 전환기를 맞이했다. 두께를 기존의 절반 가량으로 줄인 데 이어 전력소비량도 줄이고 명암비를 대폭 높임과 동시에 납, 수은 등 유해물질을 사용하지 않는 공정은 미래사회가 요구하는 가전제품의 모습을 닮아가고 있다.
겨울철 시청 앞 광장과 청계천에 설치돼 행인들의 발걸음을 사로잡는 LED 장식 조명,
루미나리에
이 밖에도 건물 조경용 LED, 매년 겨울 서울시청을 수놓는 빛의 축제, ‘루미나리에’, LED 세포치료 기능을 활용한 초소형 내시경, 햇빛이 없는 해저에서 규조류를 증식시켜 바닷물을 정화시키는 데에도 사용되는 등 사회 전반에 걸쳐 LED를 활용한 응용분야는 셀 수 없이 많다.
그 어떤 조명보다 밝고 강한 미래조명, LED
LED 조명이란
전류를 통하게 하면 빛을 내는 반도체의 성질을 응용한 LED 조명은 현재 사용 하고 있는 백열전구 또는 형광등과는 발광 원리가 근본적으로 다른 21세기형 광원이다. 따라서 LED를 조명용 광원으로 사용하기 위해서는 LED의 특성과 원리 등에 대해 올바로 이해하고 설계에 반영해야만 한다.
LED 조명은 전기를 통하면 자체적으로 레드, 그린, 블루 컬러의 빛을 내는 LED 소자를 하나 또는 여러 개 묶어서 모듈로 구성해 사용한다.
초창기 LED 조명은 적색 LED를 사용한 전광판이 많았는데, 경관 조명용, 교통 신호등 등에 사용되다 전력 소모가 적다는 특성이 중요시 되는 휴대폰, MP3 플레이어, PDA 등 소형 모바일 기기에 사용되기 시작했다. 또한 레드, 그린, 블루, 그리고 이를 조합한 화이트 LED들은 초창기 휴대폰 키패드나 시그널 램프로 사용되다가 LCD 창 뒤의 백라이트 유닛(BLU)로 그 영역을 확대해 나갔다. 이를 통해 전력 소모량이 감소되고 두께를 줄임과 동시에 밝은 조명이 확보되자 PMP, 노트북, LCD TV 등에까지 사용 영역이 확대되기 시작했다. 고휘도의 LED 램프는 다른 램프와 빛의 파장이 순수해 자동차 방향지시등, 보조등, 헤드램프로도 사용되고 있다.
다양한 분야로 확대되고 있는 LED 용품들. 이미지 출처:LUXPIA
이제 LED 조명은 일반 형광등, 할로겐 램프, 백열전구를 대체할 조명상품으로 확실시 되고 있다. 현재까지는 기존 조명 제품 들에 비해 가격이 비싸지만 최대 5만 시간에 달하는 반영구적인 수명은 일반 백열등, 형광등에 비해 10배 이상 긴 수명을 보장한다. 또한 일반 백열전구의 약 1/5, 형광등의 1/3 수준의 낮은 전력소모는 비교적 고가라는 LED 조명의 단점을 극복하는 요인이 된다.
현재로선 LED 조명의 태동기이기 때문에 LED 모듈의 단가가 높지만 시간이 지날수록 LED 모듈의 단가가 낮아지고 있으며 또한 수은이나 납 같은 환경 유해물질을 일체 사용하지 않는 만큼 일반 조명이 LED 조명으로 대체 되는 것은 시간 문제일 것이다. 기존 전구 류보다 훨씬 견고한 점도 활용의 폭을 넓혀준다.
형광등·백열등 대신 LED를 조명으로 사용할 날이 머지 않았다.
사진은 논현동에 위치한 삼성전기 LED 조명 체험관
여러 LED 조명 제조업체들은 기존 조명 제품의 전기 소켓에 바로 꽂아 사용할 수 있는 LED 램프들을 속속 개발하고 상용화하고 있다. 아직 일반 가정에서 사용하기에는 부담스러운 가격이지만 사무실이나 음식점, 백화점 진열등, 가로등, 터널등, 신호등 같은 산업용 시장에서는 LED 조명의 사용량이 급격히 증가하고 있다.
LED 램프는 여러 개의 LED 모듈을 결합해 하나의 램프를 구성하기 때문에 가격이 비싸지만 앞으로는 하나의 LED 모듈로도 충분한 밝기를 낼 수 있는 고출력 LED 제품이 등장할 것으로 예상된다. 현재 LED 조명 시장은 2010년 300억 달러 수준, 2015년에는 두 배 가량 성장한 600억 달러, 그리고 2020년에는 1,000억 달러까지 가파르게 성장할 것으로 예측되고 있다.
개선을 거듭해온 LED 조명기술
(1) 고출력, 저발열 구현
LED의 단점 중 하나가 바로 ‘열’이다. LED의 밝기를 높이기 위해서는 LED의 동작 전류를 높여야하는데 이럴 경우 발열량도 증가한다. 빛으로 가야 하는 에너지가 열로 낭비되는 것이다. LED 조명은 발열을 잡고 빛의 확산성을 높이는 동시에 연색성까지 높여야 비로소 상품가치를 지니게 되는 것이다.
백색 LED 광원이 처음 만들어질 때만 해도 1W의 전력에서 10루멘(lm) 정도의 밝기만 보였던 데 비해 최근에는 기판과 고출력 패키징, 고효율 형광체가 개발되면서 100lm/W 이상으로 효율이 높아졌지만 여전히 빛으로 전환되지 못하고 열로 소비되는 에너지가 많다.
LED는 온도가 크게 오르면 허용 전류와 광 출력이 감소하는 등 주위 온도에 매우 민감하게 반응한다. 최근에는 발열을 줄이기 위해 저전력 설계의 칩과 고출력 패키징, 고효율 형광체를 개발하는 등 노력을 쏟고 있지만 여전히 열 방출은 고심해야 하는 문제다. 차량을 튜닝할 때 사용하는 LED 또한 강한 열을 발생해 PCB 기판 보호를 위해 메탈 PCB 기판을 사용하기도 한다. 이 열을 식혀주기 위해 방열판을 달기도 하지만 LED를 ‘조명’으로 사용할 경우엔 별도의 방열판을 장착하기 불가능하다.
따라서 열을 잡기 위해 LED 칩 자체의 효율을 높이고 패키징을 간소화하는 한편 효율성을 높이는 노력이 계속되어야 한다.
(2) 고연색성 달성
LED가 조명으로서의 상품가치를 지니기 위해서는 연색성이 높아야 한다. 같은 물체라도 비추는 조명광의 분광 분포가 달라지면 물체에서 반사하는 빛의 분광 분포도 달라져 물체의 색상이 다르게 보이는데 이렇게 물체의 색상에 영향을 주는 광원의 성질을 연색성이라 한다.
현재 백색 LED의 발광 효율은 백열전구를 상회하고 있지만 연색성이 높지 않다는 점이 LED 조명의 난점으로 지적됐었다. 연색성은 태양빛을 100으로 봤을 때 그 색감에 가까운 정도를 표시하고 그 수치에 가까운 조명일수록 빛이 자연스럽고 눈에 피로감이 덜한 제품이라 할 수 있다.
태양광에 근접한 자연스러운 연색성을 지니는 LED 조명 제품이 속속 등장하고 있다.
최근에는 연색 평가수(기준 광과 비교해 특정 8종류의 물체 색을 충실히 재현하는가를 지수로 나타내는 것)가 95~98에 달하는 LED 조명이 만들어져 자연광에 무척 근접하게 됐다. 아울러 확산성을 높이는 연구도 지속해야만 한다. 점광원 형태의 LED 조명은 조사각이 낮아 빛이 미치는 범위가 넓지 않다. 따라서 좁은 범위를 비추는 옥외 광고판이나 터널등, 신호등 같은 용도에는 제격이지만 확산성이 떨어지면 실내 조명으로서는 무리가 따른다. 광량을 밝게 하고 연색성을 자연스러운 태양광 수준으로 높이는 것과 빛을 확산시키는 것이 개선된다면 LED 조명은 생활 곳곳에 자리잡을 수 있을 것이다.
LED 조명의 미래 & 생존전략
정부가 LED 조명을 신성장동력, 그린산업으로 지정해 적극적으로 육성하고 있어 현재 국내 LED 조명 산업은 대기업의 활발한 참여와 다수의 중소기업이 참여해 활발하게 전개되고 있다. 그러나 가시적으로 보이는 성공 스토리와 뉴스와 달리 불안요소들이 많은 것도 사실. 과연 LED 조명이 황금알을 낳는 거위로 성장할 수 있을까?
LED 산업은 기본적으로 LED 칩을 생산하고, 이를 사용해 패키지를 만든 다음 제품에 응용, 상품화하는 3단계 과정을 거치게 된다. 따라서 완제품을 만들기 이전 LED 칩을 생산하고 패키지화 하는 공정은 대단히 중요하다. 많은 LED 관련 업체들이 LED 칩 생산 및 패키징 공정을 국산화하고 기술을 개발하고 있지만 LCD TV 제조업체들이 LED 백라이트 유닛을 사용하기 시작하면서부터 LED 칩의 수요가 급격히 증가하기 시작했다. 삼성과 LG가 국내/외에서 ‘LED TV’라 이름 붙인 제품이 히트상품이 되면서 LED 칩 확보가 시급해진 것.
카메라용 플래시 LED(SMD 타입), 이미지 출처:삼성LED
LED 칩과 패키지 공정의 수요가 늘어난 것은 긍정적인 일이지만 생산량을 단시간에 늘릴 수 없는 것이 문제점이다. LED TV의 판매가 늘어남에 따라 TV 업체들은 LED 칩 확보에 어려움을 겪어야 했다. LED 칩 생산 업체는 샌산량을 늘리기 위해 생산 장비를 도입하고 설치하는가 하면 생산 인력 확보에 나섰지만 이는 하루 아침에 해결되는 일이 아니다. 따라서 국내에서 물량을 수급하지 못할 경우 해외에서 물량을 확보하거나 채 생산되지 않은 물량까지도 웃돈을 주며 입도선매해야 하는 일이 생기기도 했다.
따라서 LED 산업, 특히 많은 비중을 차지하는 LED 조명 산업이 발전하기 위해서는 미래 LED 산업의 수요를 예측해 물량을 확보하는 일이 굉장히 중요하다. LED 칩이 부족해지면 ‘칩 파동’ 사태가 발생하게 되고 이것이 가격을 상승시키거나 불량율을 높이는 요인이 되기도 한다. LED 조명 보급화/대중화를 이루기 위해서는 합리적인 가격대로 낮추는 것이 중요한데 생산 라인 확보가 안 될 경우엔 LED 제품 생산 1단계 과정부터 틀어지는 셈이다.
마찬가지로 LED 칩을 패키지화하는 과정의 연구도 지속되어야만 한다. LED는 칩을 보호하고 효율을 높이기 위한 공정이 패키지라 할 수 있기 때문이다. LED 패키지는 사용 형태에 따라 크게 SMD 타입과 램프 타입으로 나눠진다. SMD 타입은 LED 칩을 얇은 플라스틱 수지 안에 봉입한 것으로 휴대폰, 모니터 및 LCD TV BLU로 사용되는 패널용 LED이며 램프 타입은 투명한 몰드로 LED 칩을 감싸 내부를 보호하고 발생된 빛을 모아주는 렌즈 역할을 한다. LED 조명에 사용되는 방식은 램프 타입이다.
타입별 LED 패키지 구조
물리적인 제품 개발도 중요하지만 그보다 더 중요한 것은 바로 제품에 대한 공신력 있는 인증제도다. LED 신호등, 도시형 가로등 등 정부 및 지자체가 주도하고 있는 LED 조명 관련 제품들은 초기 구입비용이 비싸지만 사용 시간과 전력 소모가 획기적으로 줄어들어 구입을 적극 고려하고 있다. 그렇지만 막상 구입하려 해도 LED 관련 제품에 대한 이렇다 할 검증이 돼 있지 않아 선뜻 구매하기 어려운 것이 사실이다.
다행히 지난 3월부터 기술표준원을 통해 LED 램프에 관한 KS 인증제도가 시행되었고 이후 지난 7월 1일부터 고정형 LED를 포함하도록 개정돼 가로등, 센서등, 문자간판용 LED 모듈 등 대부분의 LED 관련 제품의 KS 인증이 가능해졌다. 지난 11월 19일에는 평판 LED 조명 KS 인증 첫 제품이 탄생하기도 했다.
나날이 성능이 향상되고 있고 KS 인증으로 제품의 성능도 검증되기 시작한 LED 조명 사업은 이제 본격적으로 만개할 기세다.
지난 7월 강남 구청은 삼성동 강남경찰서 사거리 테헤란로 북68길에 LED 가로등 (44등)을 시범적으로 설치했다. 이와 관련해 강남구청 관계자와 인터뷰를 가져 LED 가로등과 그 효과에 대해 자세하게 알아보았다.
IT 기자(이하 IT) : LED 가로등을 국내에서 최초로 설치한 것으로 알고 있다.
강남구청(이하 강) : 맞다. 지난 7월에 44등을 시범적으로 설치했다.
IT : LED 가로등을 설치하게 된 이유는 무엇인가.
강 : 국가적인 차원에서 친환경 사업의 일환으로 실시하게 됐다. LED 조명은 전력소모가 적고 인체에 무해하기 때문에 기존 가로등에 비해 매우 친환경적이다.
IT : LED의 전력 감소 비용은 기존에 비해 어느 정도의 차이가 있는가.
강 : 비용은 약 2-3배 정도 절감된 것으로 나타났다.
IT : 전력량도 기존에 비해 밝은가.
강 : 그렇지는 않다. 물론 빛의 밝기는 같은 빛의 세기를 갖고 있는 일반등과 비교했을 때 큰 차이는 없지만 문제는 빛의 확산이다.
IT : 확산? 빛의 확산이 적다는 말인가.
강 : 그렇다. 가령, 기존 일반 가로등은 빛의 확산이 넓었으나 LED 가로등은 빛의 확산이 한정적이다.
IT : 양 옆에 가로등을 설치해도 중앙 부분이 어두울 수 있다는 말인가.
강 : 맞다. 아직 개발 단계라 기술적인 개선이 필요한 부분이다.
IT : 도로에서 중앙이 어둡다면 LED 가로등의 설치는 매우 위험한 것으로 보여진다. 이에 대한 대책이 있나.
강 : 그래서 2차선 도로에만 설치했다. 현재 LED 가로등이 설치된 강남경찰서 사거리 2차선 도로는 매우 좁은 편이다.
IT : 그렇다면 앞으로 LED 조명의 확대는 기술적인 부분이 개선될 때까지 보류인 것인가
강 : 아니다. 주택가의 보행등이나 좁은 도로 등 LED 가로등 보급은 기술적인 부분을 감안해 적절하게 늘려갈 계획이다.
IT : LED 산업의 가장 큰 문제점으로 높은 가격을 꼽는다. 구에서도 LED조명의 가격은 부담이 될 것 같다.
강 : 그렇다. 하지만 각 업체에서 LED 사업을 많이 시작하는 것으로 알고 있다. 현재는 가격이 높지만 어느 정도 시간이 흐르면 제품이 많아짐에 따라 가격 하락 될 것이다.
IT : 전력 수명은 기존에 비해 어느 정도의 차이가 있는가.
강 : 업체 측에 따르면 5만 시간이며, 약 3-4배 정도의 차이가 있다고 한다. 하지만 그때 당시 KS 규정이 고시되지 않은 상태였기 때문에 이를 확증할 수는 없다.
IT : 최근 한 업체가 KS 인증을 획득한 것으로 알고 있다.
강 : LED 산업이 활성화되고 있는 만큼 KS 인증을 받은 많은 제품들이 나올 것이다. 그렇게 되면 안전성은 물론 가격 안정에도 큰 영향을 끼칠 것으로 예상된다.
IT : 이곳 강남구청 외에 LED 조명을 설치한 곳이 또 있는가.
강 : 마포구에서 주택가의 보행등으로 사용하고 있다. 지방 또한 다양한 곳에 LED 조명 사용을 계획하고 있는 것으로 알고 있다.
IT : 마지막으로 현 LED 산업에서 가장 필요한 것은 무엇이라고 생각하나.
강 : 말했듯 개발이다. 아직 시작 단계에 있는 LED 산업은 기술적으로 미흡한 부분이 많다. 하지만 이제 시작하는 것만큼 좀 더 많은 기술 개발과 가격 안정이 확보된다면 그 미래는 밝을 것이다.
LED와 TV가 만드는 고선명 영상, LED TV
최근 몇 년에 걸쳐 휴대폰 키패드 백라이트용 LED와 LCD 모니터 백라이트의 폭발적 수요로 인해 휴대용 가전제품에 사용되는 LED가 시장을 이끌어왔다. 당시에는 LED 조명 제품이 본격적으로 시장에 선보이기 전이었고 소형 LED 키패드는 상대적으로 제작하기 쉬웠던 이점이 있었기 때문이다.
그러나 이제는 상황이 다르다. LED의 가능성을 확인한 업체들이 LED 모듈의 활용 범위를 점차 넓혀나가고 있다.
LCD TV는 2개의 얇은 유리판 사이에 고체와 액체의 중간 성격을 띄는 액정(Liquid Crystal)을 주입하고 이 유리판 위 전극의 전압 차로 액정 분자를 변화시킴으로써 빛의 양을 조절, 영상을 표시하는 디스플레이 장치다. 액정의 분자 구조를 변화시키려면 후방에서 빛을 쏴야 하는데, 지금까지는 CCFL이라 불리는 냉음극형광램프가 그 역할을 했던 데 반해 LED TV는 LED 모듈이 그 역할을 할 뿐이다.
삼성전자가 지난 3월 ‘LED TV’라 명명한 제품은 ‘LCD(액정 디스플레이)’가 존재하므로 엄밀히 얘기하면 틀린 표현이다. 정확히 말하면 ‘LCD TV LED Back-Light Unit’이다. 그럼에도 불구하고 왜 LED TV라 할까?
LED TV라 하면 디스플레이 기기에 조금이라도 관심 있는 이들이 자칫 혼동하기 쉽다. LED 패널을 영상 표시 장치로 사용한 것과 백라이트 유닛으로 사용한 것의 차이인 것이다. LED 영상 패널이라 함은 색상을 만드는 패널 자체를 LED 모듈을 사용한 것이란 뜻인데, 이것은 ‘아몰레드’라 부르는 AM OLED 방식, 즉 OLED TV를 말한다.
OLED TV는 각 화소 하나하나가 스스로 빛을 낼 수 있어 화소 단위로 색상을 컨트롤할 수 있는 디스플레이 방식이다. 따라서 언뜻 들으면 LED TV라는 표현이 상당히 진보된 방식으로 보이는 것이다. LCD TV의 조명 장치를 형광등에서 LED로 바꾼 것만으로는 LED TV라 부르기에 어폐가 있는 것은 이 때문이다. 만약 LED TV를 그대로 묵인한다면 기존 LCD TV는 ‘CCFL TV’ 또는 ‘형광램프 TV’라 불렀어야 했다.
결국 LED TV는 소비자를 기만하는 행위이며 영국에서는 이를 혼동시키는 광고에 대해 수정 조치를 취했음에도 불구하고 국내에서는 여전히 구분 없이 ‘LED TV’라 부르고 있다. 따라서 정확히는 LED BLU TV라 하는 것이 맞는 만큼 본 기사에서는 정확히 표기하기로 하겠다.
종류에 따른 구분, 화이트 LED와 RGB LED
LED BLU TV에서 사용하는 LED 모듈을 크게 두 가지 종류로 나눈다. 하나는 RGB LED이고 다른 하나는 화이트(WHITE) LED다.
R/G/B를 사용해 백색을 만드는 RGB LED와 달리
Blue RGB에 Red, Green 형광체를 입혀 사용하는 화이트 LED 방식
RGB LED는 하나의 LED 블록에 색의 3원소인 R/G/B LED를 넣어 선택적으로 빛을 공급하는 방식이다. 색 재현성과 발광 효율이 높아 한층 자연스러운 색상을 만들 수 있지만 사용하는 LED 칩이 많아지는 만큼 가격이 크게 비싸진다는 단점이 있다.
국내에 RGB LED를 사용한 제품으로는 소니의 X4500 LED BLU TV가 유일하며, 발매 당시 55인치 제품인 KDL-55X4500의 소비자 가격이 980만 원에 달했으니 아직 대중화시키기에는 시기상조인 방식이라 할 수 있다(RGB 중 green LED를 2개 사용하는 ‘다이내믹 LED’ 방식을 취했다
).
소니 X4500에 사용된 RGB LED 모듈
이와 달리 화이트 LED는 색상을 만드는 데 필요한 LED 칩의 개수를 줄이기 위해 고안된 방법이다. 가격이 비싼 RGB LED를 대체하기 위해 Blue LED와 Green, Red 색을 낼 수 있는 형광체를 섞어 단일 LED를 만든 것을 화이트 LED라 부른다. 이와 같은 방식은 결과적으로 RGB의 색을 모두 만들 수 있으며 각각의 파장이 섞여 화이트 색을 만들 수 있게 된다.
LCD TV의 색상은 LCD 패널의 컬러 필터를 통과하며 결정되는데 RGB LED를 사용하면 컬러 필터의 통과 영역 파장을 선택할 수 있을 뿐 아니라 보다 원색에 가까운 발광을 할 수 있어 색의 표현력이 한층 강해진다. 이와 달리 형광체를 통해 화이트 컬러를 조합해 내는 화이트 LED 방식은 Green과 RED 영역의 스펙트럼이 넓어 여러 파장 대역이 섞이는 탓에 상대적으로 순수한 색감을 내기 어렵다. 따라서 RGB LED가 BLUE LED+Red, Green 형광체 조합인 화이트 LED보다 우수한 색 재현성을 나타낸다.
현재 국내에서 화이트 LED BLU TV를 출시하는 업체로는 삼성과 LG만이 있으며, 모두 대중화에 걸림돌이 되는 단가 문제로 RGB LED 사용을 꺼리고 있다.
방식에 따른 구분, 엣지형과 직하형 LED BLU TV
앞서 국내에서 발매되고 있는 LED BLU TV는 모두 화이트 LED를 사용했다고 설명했다. 하지만 이것 외에도 LED를 배치하는 방식에 따라 직하형(Direct)과 엣지형(Edge)의 두 종류로 나눠진다.
직하형의 경우는 CCFL과 마찬가지로 패널 뒷면에 LED 모듈을 배치하는 방식을 말한다. 적게는 수백 개에서 많게는 3,360개(현재 직하형 LED TV 중 가장 많은 LED 모듈을 사용한 TV는 LG전자의 55LH95QD/55LH93QD로 총 3,360개의 LED가 사용됐다)의 LED를 사용하는 만큼 엣지형보다 밝고 화면을 수십~수백 개의 블록으로 나눠 블록 단위로 밝기를 조절하는 ‘로컬 디밍(Local Dimming)’이 가능해 화면의 밝기를 좀더 정교하게 컨트롤할 수 있다.
예컨대 완전히 어두운 장면에서는 그 부분의 LED 모듈을 아예 꺼버려 깊은 블랙을 끌어낼 수 있다는 말이다. 패널 테두리에 LED 모듈을 부착하는 엣지형에서는 로컬 디밍이 불가능하다.
직하형 LED는 패널 전체에 걸쳐 수많은 LED 모듈을 사용해 빛을 확보한다.
화질적인 우위에 있지만 두께와 가격에선 손해를 본다.
하지만 직하형 LED 방식도 단점이 많다. 우선 LED 모듈이 많아지는 만큼 가격이 비싸지고 두꺼워진다. 또한 각각의 LED가 100% 동일한 밝기와 색상을 만들어낼 수는 없는 만큼 색상의 균일성(Uniformity)이 다소 떨어질 우려가 있다. 전력 소모량도 늘어난 LED 모듈 만큼 더욱 커지기 마련인데 직하형 LED BLU TV를 개발한 LG전자 측은 LED 개수가 많아진 만큼 LED 개개의 밝기가 낮아 실질적인 전력 소모는 엣지형과 비슷한 수준이라고 주장하고 있다.
엣지형의 경우, LED 모듈이 가장자리에만 배치되었다.
이를 도광판에 반사시켜 패널 전체에 빛이 전달되도록 한다.
엣지형은 직하형과 달리 LED 모듈을 TV 가장자리에 배치하는 방식이다. 이렇게 함으로써 사용하는 LED 모듈 개수를 크게 줄일 수 있고 또 두께를 줄일 수 있다. LED BLU로부터 뿜어져 나오는 빛을 패널 전체에 균일하게 퍼뜨리기 위해서는 도광판이라 부르는 확산판이 사용된다. 이 도광판이 균등하게 빛을 배분하느냐 그렇지 못하냐에 따라 엣지형 TV의 완성도가 판가름 나는 만큼 도광판 기술은 굉장히 중요하다.
휴먼라이테크가 만든 도광판 모습
삼성전자는 처음부터 엣지형 LED BLU TV를 만들어온 탓에 도광판 가공 기술이 뛰어나다. 최근 들어 LG전자도 엣지형 LED TV를 생산하기 시작했는데 이는 원가 절감을 통한 보급형 LED BLU TV를 만들기 위해서는 아무래도 엣지형이 유리하기 때문이다.
엣지형의 장점은 보다 얇게 만들 수 있고 원가를 절감할 수 있다는 점이 있지만 빛샘 현상이 직하형보다 심하다는 단점이 있다.
다이어트에 성공, 두께 1cm 이하의 TV 등장
LED BLU를 사용한 LCD TV는 일반 CCFL을 사용한 TV보다 두께 면에서 한결 유리하다. 일반 LCD TV의 경우 두께를 70mm 이하로 만들기 어렵지만 LED BLU TV는 현재 약 25mm 수준까지 두께가 얇아졌다. 뿐만 아니라 각종 전자전을 통해 공개된 제품들 중에는 완제품의 두께가 10mm가 채 안 되는 제품도 있어 머잖아 두께 1cm 이하의 제품을 구매할 수 있게 될 것으로 기대된다.
삼성전자는 6.5mm 두께의 LED BLU TV를 만들어 세간의 주목을 받기도 했다.
하지만 얻는 것이 있으면 잃는 것이 있듯 TV가 얇아진 대신 스피커 부분을 희생할 수밖에 없었다. LED BLU TV들은 하나같이 얇고 세련돼 벽에 거는 액자 수준으로 근사해졌지만 심금을 울리는 사운드의 감동은 얻을 수 없게 됐다. 따라서 화질에 의존하고 사운드를 희생하거나 아니면 홈시어터 시스템을 갖춰 사운드를 강화하는 방법으로 TV를 감상하는 방법이 양분되고 있다.
친환경에 기여하는 LED BLU TV
LED BLU TV는 일반 CCFL BLU TV에 비해 환경적으로도 유리하다. 우선 형광램프에 들어가는 수은이 들어가지 않아 토지 오염을 줄일 수 있으며 전류를 빛으로 바꾸는 반도체의 일종인 LED의 경우 CCFL보다 적은 전력 소모로도 더 밝은 빛을 만들 수 있어 전력소모량을 절반 가까이 줄일 수 있다. 현재 우리나라에서 만들어내는 전기의 상당 부분을 화석연료를 태움으로써 얻는 만큼 전력 소비량 감소 또한 공해 감소에 일조하는 부분이다.
분명 LCD TV보다 한 단계 진보한 화질
LED를 사용해 환경을 보호하고 화질을 개선함과 동시에 두께까지 크게 얇게 만든 LED BLU TV는 기존의 TV의 틀을 벗었다 해도 무방할 정도로 크게 변화하였다. 지난 한국전자전에서 삼성전자는 완제품 LED BLU TV의 두께가 6.5mm밖에 안 되는 제품을 공개하는 등 기존 LCD TV의 두께를 계속해서 깨뜨리고 있다.
게다가 단순히 얇아지기만 한 것은 아니다. CCFL보다 응답 속도가 빠른 LED BLU를 사용해 프레임 간 변환 속도도 향상됐다. 그만큼 움직이는 영상이 자연스러워지고 윤곽선이 뭉개지거나 잔상이 번지는 것이 크게 줄어들었다.
LED 패널 제조 공정.
부피가 크게 줄어든 만큼 파워 부, A/D 보드, 디지털 튜너 등을 새롭게 설계해야 했다.
이처럼 LED BLU TV가 성능의 향상을 크게 꾀했지만 중요한 것은 LED 수급에 어려움을 빚고 있다는 점이다. LED에 대한 수요가 지속적으로 늘어나면서 이를 확보하는 것이 갈수록 어려워지고 있다. 따라서 LED 공급에 차질을 빚지 않도록 LED 칩셋 제조와 패키지 기술의 국산화가 선행되고 과감한 시설 투자로 대량 생산 설비를 완비해야 한다. 시장조사기관 디스플레이서치에 따르면 2012년 경에는 전체 LCD TV 중 약 25% 가량이 LED BLU를 사용한 제품으로 대체될 것이라 한다. 게다가 LED 조명 산업이 급속히 커지면서 LED 확보는 갈수록 어려워지고 있는 실정이다.
많은 이들이 진정한 LED TV라 부를 만한 OLED TV가 출시되기를 기다리고 있지만 이는 단시일 내에 해결될 문제는 아니다. LCD TV를 능가하는 TV로는 다소 편법이지만 LED BLU TV가 가장 현실적인 대안이다. 그렇지만 일반 LCD TV보다 절반에서 많게는 두 배 가량 비싼 가격은 여전히 대중화의 걸림돌로 작용하고 있다. 한시 빨리 현실적인 가격대로 내려가길 희망해 본다.
기발한 아이디어가 한가득! 이색 LED 모음
LED가 조명뿐만 아니라 산업 전반에 걸쳐 다방면으로 활용되고 있다. 그러다 보니 LED를 사용한 기발한 제품들도 종종 만나볼 수 있는데, 과연 LED 진출의 끝은 어디일까?
빛을 입어요, LED 드레스
네덜란드 디자이너가 만든 LED 장착 드레스. 민들레 꽃을 형상화한 조명이 신비한 매력을 풍긴다. 옷 본연의 아름다움에 꽃을 닮은 장식이 더해졌고 민들레 꽃잎의 노란색 조명이 들어오는 것만으로 주변 사람들의 시선을 단번에 사로잡을 수 있다.
또 다른 의상은 은하수를 수놓은 듯 화려한 조명으로 몸을 감싸는 '갤럭시 드레스'다. 초소형 LED를 사용해 24,000 컬러를 만든다. 실크 직물과 함께 부드럽게 흐늘거리는 옷과 조명이 언뜻 신기하기도 하지만 과연 전력을 위한 배터리 부는 어디에 있을까 궁금해진다. 보기보다 가볍다고. 미래에는 입는 '광고판' 의상도 등장할 듯하다.
유튜브에 공개된 LED 드레스
위의 드레스가 LED와 패션의 결합을 보여준 거라면 이번에 소개하는 것은 화장술에의 응용이랄 수 있다. 한국의 박수미 씨가 고안, '인조 눈썹의 LED 구동 시스템'이라는 이름으로 발명 특허를 청구했다.
착용자의 눈꺼풀에 부착되는 밴드로 이뤄진 인공 눈썹 모듈과 LED 동작 전원을 공급하는 배터리 부, 그리고 이들을 스위칭해서 LED를 발광시킨다. 아직 상품화 하기에는 너무 크고 밝은 듯해 자칫 시력에 악영향을 끼칠 수 있을 것으로 생각되지만 LED 기술이 좀 더 발달해 소형·경량화 된다면 마스카라대용으로 사용할 만할 것으로 예상된다.
안 아프게 귀지를 제거하기 위한 LED 귀이개
빛을 발산한다는 LED의 특성을 사용한 생활용품이 늘다 보니 이런 제품들도 등장했다. 사랑하는 가족의 귓속 귀지를 깨끗하게 청소해주고 싶어도 잘 안 보여 힘들었다면 빛을 내는 귀이개를 사용해보도록 하자. 귀를 후벼 파듯 아프게 파주는 사람이 있다면 참지 말고 선물하는 것도 좋을 듯하다.
제품 끝에는 조명을 끄고 켜기 위한 버튼만이 단출하게 달려 있다.
세계에서 가장 커다란 LED 전광판?
얼마 전 서울역 앞 구 대우빌딩이 2년여 기간 동안 리노베이션을 거쳐 서울스퀘어란 이름의 빌딩으로 새롭게 탄생했다.
그렇다면 그보다 큰 LED 빌딩은 무엇이 있을까? 사막의 두바이를 방문하면 포디엄(Podium)이라는 이름을 가진 고층 빌딩을 만나볼 수 있다. 총 33층에 달하는 이 빌딩은 한 쪽 벽면 전체를 LED 스크린으로 제작, 단일 스크린으로는 세계 최대 규모를 자랑한다. 이 스크린은 대략 1,500m 밖에서도 보일 정도라고 하니 그 크기가 얼마나 엄청난지 과히 짐작할 수 있다.
어두운 곳에서 전기 작업 할 때, LED 점퍼 케이블
어두컴컴한 밤, 라이트를 끄고 내리지 않아 방전된 차체를 바라보며 점퍼 케이블을 연결해 보려 해도 보이지 않아 그마저도 쉽지 않았던 적이 있었다면 주목할 만한 제품이다. 집게 앞쪽에 LED 조명이 달려 있어 햇빛이나 조명이 닿지 않은 어두운 곳도 한번에 집을 수 있게끔 도와준다. 집게의 위아래 디자인을 달리 해 마치 눈에서 빛이 나는 용(또는 뱀?)이 입을 쩌억 벌리고 있는 모습도 독특하다.
식물 재배 인공광원으로 LED 사용?
이건 마치 SF 영화 속 한 장면 같은 얘기다. LED를 식물 재배를 위한 인공 광원으로 사용한다니. 하지만 거짓말이 아니다. 이 공상과학 영화 같은 내용이 현재 구현되고 있다.
서울반도체는 식물의 성장을 돕는 LED 제품을 일본에 공급하고 있다고 밝혔다. 서울반도체는 자사의 Z-POWER LED 제품을 공급해 레드와 블루의 광파장을 이용해 식물의 성장을 촉진시킬 수 있다고 설명했다. 확실히 인공 조명을 사용한다면 광량이나 날씨 등 자연적인 핸디캡을 극복할 수 있어 안정적인 수확이 가능해질 듯하다.
이미 그 동안 백열등인 형광등 ,나트륨 등 전구를 사용했었지만 고효율, 장수명, 탄소 배출이 전무한 LED가 새롭게 각광받고 있다. 이를 활용하면 사막이나 북극 등지에서도 식물 재배가 가능해진다고. 이러다 우주 이민 프로젝트로 발전하는 것일까? 영화 '2012'를 보고 난 뒤여서인지 불가능하지만은 않을 것으로 생각된다.
이산화탄소▼ 낚시효율▲, LED 집어등
식물 재배 뿐만 아니라 수산물 공급에도 LED가 유용하게 활용되고 있다. 어부들은 빛에 몰리는 오징어의 성질을 활용해 일찌감치 형광 램프를 활용한 오징어 낚시를 해왔다. 하지만 전력 소모가 큰 만큼 유지비용이 만만치 않은데 이러한 문제를 해결해준 것 역시 LED 집어등이다. LED 집어등은 기존 형광등에 비해 더 작고 무엇보다 유류비 절감 효과가 큰 것으로 나타났다. 또한 빛의 확산이 기존 형광등보다 덜해 눈부심이나 고열, 소음 등에서 한결 낫다고.
갈치, 오징어 등 채낚이 어선들의 시험조업 결과 한 달 평균 약 65%의 에너지 절감효과가 있다고 하니 앞으로 LED 조명으로 교체하는 이들은 크게 늘 듯하다.
형형색색으로 기분 ‘UP’, LED 키보드
장담컨대, 이 키보드는 소유자에게 그 어떤 키보드보다 큰 즐거움을 줄 것이다(무선 키보드가 필요한 이 제외). 키 버튼 하나하나에 LED가 삽입돼 환하게 빛늘 낸다. 어두운 곳에서도 타이핑이 어렵지 않고 형형색색의 컬러는 아름다움을 느끼기에 충분하다.
물론 이 키보드의 장점은 그것 뿐이 아니다. 제작사인 LUXEED의 전용 프로그램에 연결해 원하는 색상을 커스터마이징할 수 있다는 것이야 말로 최고의 장점이라 할 수 있다. 전용 프로그램에서 원하는 색을 클릭하고 수락하면 새롭게 색상이 설정돼 저장되는데 이러한 스킨을 키보드에 단축 지정해 간편하게 바꿀 수 있다.
특정 작업을 할 경우엔 단축키별로 색상을 지정해 작업 능률을 올리 수 있고 게임을 할 경우에도 단축키 배정으로 게임을 보다 쉽게 즐길 수 있다. 게다가 음악 재생 시 음악에 맞춰 조명효과를 줄 수도 있어 키보드를 단순한 입력장치가 아닌 엔터테인먼트 기기로도 사용할 수 있다.
보다 안전하게 지켜주는 패션 우산, LED 우산
어두컴컴한 밤, 게다가 비까지 주룩주룩 내린다면 시계가 상당히 안 좋다. 한 치 앞도 안 보이는 상황에서 펼친 우산 색상까지 검정이라면 교통사고의 위험도 높아질 지 모를 일이다.
이럴 때 우산이 빛을 발한다면 어떨까? LED를 장착한 우산은 멀리서도 잘 보여 사고 예방에 도움이 될 뿐 아니라 우산 하나로 남여 둘이 쓰고 갈 때는 적절히 분위기를 연출해주기까지 한다.
검은색 우산 안쪽에 점점이 박힌 우산은 서울 하늘에서 보기 힘든 별자리를 잠시나마 대체해주니 '분위기 업' 되는 건 시간 문제! 솔로는 어떻게 하냐고? 집에 가는 길에 LED 우산을 돌려가며 장난 친다면 그나마 심심하지 않게 갈 수 있을 듯하다.
LED 그 다음 세상을 열어줄 OLED
아몰레드? 도대체 OLED가 무엇인가?
OLED에 대해 알아보기 전에 LED에 대해 다시 한 번 살펴보도록 하자. 반도체에 전류를 흘려 주면 전류가 흐르는 도중 전자와 정공이 부딪쳐 열을 발산하게 되는데, 특이하게 몇몇 재료에서는 빛과 열로 분리된다. 이 중 빛 쪽으로 효율을 높이고 열을 낮춰 만든 것이 바로 LED다.
LED 자체가 점광원(점으로 이뤄진 형태)의 형태로 발광해 빛의 직진성이 강하고 열이 많지만 고열에 견딜 수 있는 패키지가 개발되고 열을 낮춤과 동시에 빛의 효율을 높이면서 빛의 확산성을 높이는 연구가 지속되다 보니 이제 LED는 다양한 색상을 낮은 전류로 만들 수 있는 미래 조명의 핵심이 된 것이다.
OLED의 구조, 사진:삼성SDI
OLED는 LED에 'O'가 붙은 제품을 말한다. 즉 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode)를 일컫는데 이는 유기물(탄소, 산소, 질소 등 화학기호로 이뤄진 단량체 및 폴리머)이 빛을 내는 현상을 이용한 것을 말한다. 기존의 무기 LED와 마찬가지로 전류에 의해 빛을 내는데 빛을 내는 주체가 유기물이다. 유기물에 의환 발광의 경우 점, 선, 면의 광원으로 모두 사용이 가능하며 휘거나 구부려도 빛을 낼 수 있다(발광물질과 기타 구성 물질들이 유기물로 이루어져서 가능하다).
물론 OLED 구조가 밀봉 상태에 따라 수명이 짧을 수도, 길어질 수도 있는데 이 또한 기술의 발전 덕택에 어느 정도 해소한 상태다.
이러한 OLED는 LED BLU TV와 비교해 보면 스스로 발광하는 만큼 백라이트 유닛 자체가 필요 없어 보다 슬림한 제품 생산이 가능하며 보다 선명한 영상을 재생할 수 있다.
OLED의 종류
OLED는 구동방식에 따라 크게 PM(Passive Matrix, 수동형) OLED와 AM(Active Matrix, 능동형) OLED로 나눠진다. 수동형인 PMOLED는 한 라인 전체가 동시에 발광해 구동하는 라인 구동방식이다. 보통 단색의 디스플레이로 사용되며 제작이 용이하고 가격이 낮아 오래 전에 개발되어 다양한 기기에 일찌감치 상용화 되었다. 하지만 대형화가 불가능하다는 단점이 있고 재생할 수 있는 색 수나 해상도가 낮아 지금은 거의 사용되지 않고 있다.
각 화소에 스위치용 TFT를 배치하는 AMOLED는 각각의 발광소자가 발광해 구동하는 독립 구동방식이다. 오래 전부터 개발되어 왔지만 단점을 보완하고 실제로 제품화된 지는 그리 오래되지 않았다. 제품의 크기가 커질수록 불량률이 높아지며 가격이 기하급수적으로 상승하는 까닭에 상용화는 주로 소형 모바일 기기에서 이뤄졌다. 그 중에서도 휴대전화에 AMOLED가 적극적으로 도입된 점은 주목할 만하다. EV-W400, LG-SU100, LG-SH150a, SCH-W690 등 우리나라에서 본격적으로 AMOLED 디스플레이가 사용된 것은 휴대전화기에서부터다.
AMOLED의 장점
(1) 얇다 OLED는 LCD, LED BLU 제품들과 달리 자체적으로 발광하므로 백라이트도, 액정도 필요 없다. 따라서 굉장히 얇게 제작이 가능해 현재 약 0.3mm 수준의 두께를 보이고 있다. 이론상으로는 사람의 머리카락 굵기 수준인 500nm까지 가능하다고 한다. 물론 상용화되는 제품의 두께는 이보다 더 두꺼워지겠지만 시간이 지날수록 AM OLED의 두께는 종잇장처럼 얇아지고 있다.
3mm 수준의 두께를 달성한 OLED 디스플레이
(2) 휘어진다 종이처럼 얇아지고 휘거나 구부러져도 자체 발광하는 만큼 디스플레이에 쉽게 손상이 가지 않는다. 따라서 어느 정도 구기거나 둘둘 말아도 큰 문제 없을 정도로 만들 수 있다. AM OLED 디스플레이는
종이처럼 얇은 두께가 가능해 휘어지는 디스플레이로 만들 수 있다.
(3) 전력소모가 적다 LCD는 자체 발광할 수 없는 탓에 색상을 각 셀에서 표현하고 LED BLU에서 빛을 비춰준다. 하지만 AMOLED는 백라이트가 없기 때문에 어두운 장면에서는 아예 R, G, B 다이오드를 끌 수 있다. 이와 달리 LCD는 블랙 컬러를 만들 때도 백라이트를 켜야 하므로 전력 소모 부분에서는 비교할 수 없다.
물론 LED BLU TV에서도 어두운 장면이 등장할 경우 그 부분의 LED를 꺼버리는 '로컬 디밍'이 가능하지만 AMOLED 디스플레이의 경우 화소 단위의 로컬 디밍이 가능하므로 수백 개의 블록으로 로컬 디밍하는 LED BLU TV와는 비교할 수 없을 만큼 전력 소비량을 줄일 수 있다.
(4) 응답속도가 빠르다 LCD의 가장 취약한 부분이 홀드 타입 영상이어서 프레임과 프레임이 겹치는, 즉 잔상이 생긴다는 점인데 AM OLED의 경우 응답속도가 이론상 LCD보다 약 1,000배 가량 빠른 0.01ms가 나온다. 따라서 잔상이 거의 생기지 않아 편안하게 감상할 수 있다.
(5) 명암비가 우수하다 명암비를 측정하는 방법은 여러 가지가 있지만 통상적으로 LCD의 실측 명암비는 약 3,000~3,500:1에 불과하다. LED TV에서 백만 단위의 명암비를 얘기하는 것은, 영상의 블랙 신호 시 LED BLU를 완전히 꺼버려 완벽한 암흑을 만드는 것을 가지고 얘기하는 것이다. 하지만 실제 영상에서 화면 전체가 장시간 블랙을 보여주는 시간은 극도로 짧으니 이를 곧이곧대로 받아들일 수는 없다.
선명하고 명암비가 높은 AMOLED를 채택해 인기를 끈 '햅틱 아몰레드 폰'
그렇지만 AMOLED는 실제 명암비가 1,000,000:1에 달해 블랙의 표현력이 뛰어나다. 블랙과 화이트의 명암비가 높으면 높을수록 한층 사실적이고 입체감 있는 '윤기 있는' 화면을 재생할 수 있다.
(6) 시야각이 없다 LCD는 등장 이후 지금까지 시야각에 대해 고심하고 있다. 특히 모니터에 가장 많이 쓰이는 TN 계열 패널의 경우 시야각이 좁아 조금만 옆에서 보면 색상이 반전되는 등 제대로 보이지 않는다는 문제점을 안고 있다.
AMOLED에서는 이런 시야각 걱정을 안 해도 된다. 시야각 자체가 존재하지 않는다. 그 까닭은 시야각이 각도가 변할 때 발생하는 색의 변화가 1/10 이하일 경우까지의 각도를 나타내는데 AMOLED는 색의 변화가 없어 시야각을 추정할 수 없다.
AMOLED의 단점
(1) 값이 비싸다 초창기 기술은 언제나 비쌀 수밖에 없다. 대량 생산이 안되고 불량율이 높기 때문이다. 부품 수급에 어려움을 겪는 것도 생산 단가를 높게 만든다. AM OLED가 처음 선보일 때만 해도 LCD보다 100배 이상 비싼 가격이 소요 됐을 정도다. 하지만 이러한 가격 격차는 시간이 지날수록 차츰 줄어들어 이제는 LCD보다 몇 배 비싼 수준까지 격차가 좁혀졌다.
2007년 CES에서 공개되고 2,500달러의 가격에 시판된 소니의 OLED TV, XEL-1
그렇지만 여전히 OLED는 대형화가 어려워 화면을 키울수록 수율이 낮아지게 된다. 즉 하나의 완성품을 만드는 데 불량품이 몇 개씩 생긴다면 완성품의 가격은 불량품의 가격까지 짊어지게 되는 셈이다. 2007년 10월, 소니에서 최초로 양산 판매한 OLED TV인 XEL-1은 11인치 제품이지만 출시 당시 약 300만 원을 호가할 만큼 고가였다. 그로부터 2년이 지난 지금까지도 대화면 OLED TV의 양산은 아직 시기상조라 할 수 있다.
(2) 대형화가 어렵다 앞서 설명한 부분과 관련된 것으로, 아이리버의 MP3 플레이어 '클릭스'나 QVGA급 해상도의 휴대폰 등에 상용화되었지만 대형 모니터로 양산하기에는 어려운 점이 많다. 올해 IFA와 KES 전자전을 통해 LG전자는 9월경 15인치 OLED TV를 시판한다고 발표했지만 아직 정식 출시되지 않고 있다.
LG전자의 15인치 OLED TV. 양산화할 계획이지만 아직 시장성은 확실치 않다.
(3) 색 표현력이 떨어진다 이 무슨 뚱딴지 같은 소리냐고 반문할 수 있지만 AM OLED를 내세운 제품들 중 색상이 정확한 제품을 찾아보기 힘들다. 기존 LCD보다 진하기는 하지만 색상이 과포화 되어 강렬하고 진한, 장시간 보면 금세 눈이 피로해주는 색감이다. LCD TV의 경우 오랜 시간 동안 표준 색상에 근접하기 위해 노력해오면서 지금에 이르렀지만 OLED는 아직 완숙기에 접어들지 못한 만큼 안정된 색상을 뽑아내지 못하는 듯하다. OLED 화소 하나하나의 색상과 밝기가 균일하지 못하다면 다소 과포화 상태로 진하게 표현해 이를 무마시킬 수 있을 것이다.
현재로서는 추측에 불과하지만 표준 영상보다 지나치게 진한 색감을 'OLED 화면의 장점'이라고 여겨서는 안될 노릇이다. 물론 이 또한 시간이 해결해 줄 문제다.
어떤 제품에 채택되었나?
AMOLED를 탑재한 휴대전화가 등장한 것은 그다지 과거의 일이 아니다.
중소 휴대폰 업체인 브이케이(VK)는 국내 시장에 OLED 채택 휴대폰을 선보인 바 있다. 2005년 12월 출시된 이 제품의 모델명은 VK-X100. 당시 이 제품은 SK텔레콤 저가 단말기 시장의 핵심 모델이었고 판매량도 상당했다. 후속 모델로 출시될 예정이던 VK-X200은 회사의 부도로 출시되지 못했다. 2008년 12월 출시된 일명 서태지폰 EV-W405도 KTFT의 AMOELD 폰이다.
LG전자는 LG-SH150 모델의 AMOLED판 버전인 LG-SH150A와 프랭클린 플래너폰 LG-SU100를 시장에 선보이며 좋은 반응을 이끌고자 노력했으나, 생각만큼 큰 성과를 얻지는 못했다. 이에 따라 LG전자의 AMOLED 폰은 출시가 뜸한 상황이다.
AMOLED 화면을 채택한 '삼성 TL320 디지털 카메라'
이에 비해 삼성전자는 ‘보는 휴대폰=AMOLED=자체발광’이라는 컨셉으로 다양한 제품 라인업을 갖추고 있다. 그 선봉장에 선 것은 햅틱 아몰레드 폰으로 불리는 SCH-W850/SPH-W8500/SPH-W8550 이다. 3.5인치 대형 화면을 장착한 것도 특징이었지만 화면이 구현해 내는 색감이 기존 휴대전화보다 더 실감난다는 평을 듣고 있다. 햅틱 아몰레드의 성공에 힘입은 삼성전자는 애플 아이폰을 잡기 위한 전략모델 T옴니아2에 AMOLED를 내장했고, 명품폰인 아르마니에도 AMOLED를 탑재, 보는 휴대폰 시장의 확산에 힘 쏟고 있다.
휴대폰 뿐만 아니라 MP3 플레이어 제품에도 AMOLED를 내장한 제품이 늘고 있다. 2007년3월 출시된 아이리버의 CLIX이 가장 먼저 AMOLED를 채택했고, 그 뒤를 이어 TG삼보의 CP-100, 아이리버의 SPINN, 코원의 S9, 삼성전자의 YP-M1 등이 출시되었다.
삼성전자에서 AMOLED를 채택해 출시한 MP3P, 'YP-M1'
하지만 홍보가 제대로 되지 않은 것인지, 삼성전자의 아몰레드 MP3P YP-M1을 제외하면 어떤 디스플레이를 채택했는지에 대한 소비자들의 인지도는 떨어졌다. 마치 삼성전자가 최초로 AMOLED 화면을 내장한 것 아니냐는 이야기까지 나오고 있을 정도니 말이다. 아이리버의 CLIX는 디자인 중심 제품이라는 데 초점이 맞춰 졌었고, 코원 제품은 뛰어난 동영상 및 음악 재생능력이 주된 이슈거리였다. 제대로 된 홍보가 되지 못했지만 이들 제품의 디스플레이는 동영상 재생 화질에 극상인 AMOLED였다.
AMOLED와 관련된 국내 시장에서의 선봉은 역시 삼성전자. 엔비디아의 테그라를 탑재한 YP-M1은 동영상 재생 기능 및 DMB 방송 시청 기능을 내장했는데, 이 때문에 색재현력이 매우 중요한 요소라며 아몰레드라는 이름으로 대대적인 홍보를 하고 있는 상황이다. AMOLED를 탑재한 만큼 사용자들은 만족할 만한 수준의 화질이라는 평을 전반적으로 내리고 있다. 해외 시장에서는 마이크로소프트의 Zune HD와 소니의 워크맨 X시리즈도 AMOLED를 탑재하고 있어 본격적인 경쟁이 진행되고 있다.
사진 촬영 후 화면을 통해 결과물을 확인하는 디카족들에게도 화질은 중요한 요소다. 내가 담았던 사진이 어떤 모습인지 빈번히 확인하다 보니, 후면 디스플레이에 왜곡된 이미지가 표현될 경우 사용자는 불만스러울 수 밖에 없다. 이에 따라 AMOLED를 채택한 제품이 하나 둘 늘고 있다.
가장 적극적인 업체는 타 모바일기기에서와 마찬가지로 삼성전자다. 지난해 3월 삼성전자는 1017만 화소 모듈을 탑재한 블루 NV24HD에 AMOLED를 최초 적용했다. 그 후 올해 3월 1210만 화소 디카 WB1000에도 탑재하며 시장 몸짓 불리기에 나서고 있다. 니콘 역시 2009년 8월 출시된 S70 에 AMOLED를 내장해 소비자들의 반응을 엿보고 있는 상황이다.
AMOLED의 미래는?
현재 모바일 기기 시장에서는 TFT LCD가 가장 많이 사용된다. 가격이 저렴하다는 것이 가장 큰 매력이고, 기술도 발전할 만큼 했다고 평가 받고 있다.
하지만 모바일기기 컨버전스에서 가장 중요한 요소인 동영상 재생 기능을 생각하면, 현행 TFT LCD 체제는 순탄치 못할 것으로 보인다. 재생되는 영상 소스의 질도 중요하지만, 이를 구현하는 화면의 퀄리티가 소스의 질을 충분히 뒷받침할 수 있어야 한다는 소비자들의 인식이 퍼지고 있다.
현재 시장에서 보이는 소비자들의 반응에서도 알 수 있듯 AMOLED를 탑재한 제품이 늘어날 것이다. 화면의 퀄리티가 상승되면서 동시에 전력 소비량도 줄여 우수한 영상을 기존보다 더 장시간 이용할 수 있게 될 것이다. 비록 초기 시장의 진입장벽이라 할 수 있는 디스플레이의 단가 문제는 있지만 시장의 확대에 따른 가격 인하가 단행될 것이므로 관측되는바, 향후 모바일 기기 디스플레이는 ‘AMOLED’가 주류가 될 것으로 전망한다.
Source : news.danawa.com . it.co.kr
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