삼성디스플레이의 야심작 ‘QNED’, 구조와 핵심 기술

[테크월드뉴스=이재민 기자] 삼성디스플레이의 차세대 디스플레이 ‘QNED(quantum dot nano-rod LED)’ 개발이 거의 마무리 단계에 접어들었다.

지난 6월 시장조사업체인 유비리서치 보도자료에 따르면, 삼성디스플레이가 최근까지 출원한 특허 160건을 분석한 결과 QNED를 구성하는 구조는 이미 완성된 것으로 파악됐다. 다만 빛을 내는 화소 내의 나노로드(nano-rod) LED 정렬 개수를 일정하게 유지하는 것이 해결 과제인 것으로 확인됐다.

삼성디스플레이가 QNED를 대형 디스플레이 사업의 일환으로 개발하고 있는 이유는, 가장 큰 고객사인 삼성전자가 만족할 수 있는 화질을 낼 수 있는 유일한 디스플레이기 때문이다.

세계 TV 시장 점유율 1위인 삼성전자의 TV 사업 방향은 퀀텀닷(QD)을 사용해 색 재현율을 OLED보다 좋게 하고, 높은 휘도로 밝은 화면에서 계조 특성이 우수한 HDR 성능을 최대화할 수 있는 디스플레이를 사용해 최고 수준의 TV를 제공하는 것이다.

QNED는 자발광 디스플레이인 QD를 사용해 ▲색 재현율 ▲HDR ▲휘도 ▲명암비 ▲모션 블러(motion blur) 등의 특성에서 매우 우수하다.

QNED 구조

QNED는 대형 OLED에서 사용되는 3T1C의 박막트랜지스터(TFT) 위에 nano-rod LED가 있는 화소층, 그 상부에 QD와 컬러필터(CF)로 이뤄진 색변환층으로 구성돼 있다.

OLED는 화소에 신호를 전달하는 전극(음극, 양극)과 배선이 발광재료 상하부에 있지만, QNED는 신호전달 전극(화소 전극)과 배선이 모두 동일 평면에 있다. QNED는 화소 전극 외에 출광 효율을 높이기 위한 반사전극이 추가로 존재한다. Nano-rod LED를 정렬하는 전극은 화소 전극이 겸한다.

[그림 1]을 보면 화소 1개에 다수의 화소 전극이 직렬로 연결된다. 화소 전극들 사이에 nano-rod LED가 있다. 화소 전극은 절연재료로 형성된 격벽(PW)상에 있으며, 각 화소는 뱅크(BNK)에 의해 둘러싸여 영역이 구분된다.

QNED 핵심 기술

QNED의 핵심은 구동 및 센싱 기술이다. 구동 기술에는 nano-rod LED를 정렬하기 위한 기술과 nano-rod LED 개수 편차가 있을 수 있는 화소를 균일하게 제어하는 기술이 있다. 정렬 회로는 화소별로 스위칭 소자들이 있으며, 스위칭 소자에서 정렬 신호를 화소에 인가한다. 각 화소에 어떤 정렬 신호를 줄 것인지에 따라 nano-rod LED의 정렬 상태가 결정된다.

QNED 회로부에는 정렬 신호를 인가하는 스위칭 소자와 함께 nano-rod LED의 정렬 상태를 확인할 수 있는 센싱 트랜지스터가 있다. 센싱 트랜지스터는 화소에 흐르는 전류량을 검출해 각 화소별 nano-rod LED의 정렬 개수를 파악한다.

화소당 nano-rod LED 개수가 달라도 전체 화면에 휘도가 균일할 수 있도록 화소별로 전류를 공급하는 구동 기술도 중요하다. 센싱 트랜지스터에서 읽은 데이터를 기준으로 각 화소를 제어하기 때문이다.

센싱 기술에는 QNED 내부에 설계되는 기술(센싱 트랜지스트)과 QNED 제조에 사용되는 기술이 있다. QNED 제조에 사용되는 센싱 기술은 잉크젯 시스템에 내재됐다[그림 2]. 잉크젯 시스템 내의 센싱 기술은 ▲잉크 내의 nano-rod LED 개수와 용매의 점도 분석 ▲패널에 분사된 nano-rod LED 개수 분석 ▲nano-rod LED 정렬 상태 분석 총 3가지다.

유비리서치는 “QNED는 이미 2년 전 4K 해상도 65인치 구동이 증명됐다”며 “현재 삼성디스플레이는 QNED 화면 균일성 확보 작업에 집중하고 있다”고 밝혔다.