디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display) 및 OLED (Organic Light Emitting Diode)가 양강체제를 형성하고 있는 가운데 차세대 패널 소재로 QLED(Quantum Dot Light Emitting Diode) 및 PeLED(Peroveskite Light Emitting Diode) 등 다양한 후보들이 부상하고 있다.
중국이 정부 주도로 디스플레이 부문에 막대한 투자를 단행하는 등 국내시장을 위협하고 있어 기술격차 확대가 필수적인 것으로 나타났기 때문이다.
LCD는 OLED에 대항하기 위해 다양한 기술응용을 시도하고 있으나 시장이 성숙기에 접어들어 더 이상의 기술발전은 어려운 것으로 평가되고 있다.
OLED는 글로벌 디스플레이 시장이 전반적으로 침체돼 있음과 동시에 중국 중심의 글로벌 공급과잉으로 LCD TV 가격이 빠르게 하락하고 있어 상용화가 지연되고 있다.
이에 따라 OLED는 시장 확대가 본격화되기도 전에 다양한 기술응용이 활발히 시도되고 있으며 킬링포인트 확보가 상용화 가능성의 척도로 판단되고 있다.

LCD, 더 이상의 기술발전은 어렵다!
LCD는 시장이 성숙기 단계에 도달해 더이상의 기술발전은 어려운 것으로 나타나고 있다.
LCD는 액체와 고체의 중간적 성질을 갖는 액정의 전기적, 광학적 성질을 표시장치에 응용한 것으로, 유동성을 갖는 유기 분자인 액정이 결정처럼 규칙적으로 배열돼 기능을 발휘한다. BLU(Back Light Unit), ITO(Indium Tin Oxide), 액정, 컬러필터로 구성돼 있으며 액정을 주입한 패널 후면에서 형광등 BLU를 통해 발광된 빛이 RGB 컬러필터를 통과하면서 색상을 갖추는 방식이다.
LED(Light Emitting Diode)는 LCD와 동일한 구조에서 BLU를 형광등이 아닌 LED로 사용한 것이 차이점으로 LCD의 진보된 형태이다.
LCD BLU는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 방식이 사용되는 반면 LED는 CCFL을 LED BLU로 바꾼 것이고 나머지 구조는 흡사하다.
LCD TV는 평면 디스플레이를 무기로 브라운관(CRT) TV를 대체하는 등 2001년 디스플레이 매출비중이 90%에 달할 정도로 고속성장하면서 시장이 급속도로 확대됐다.
하지만, 글로벌 TV 시장이 전반적으로 침체되는 동시에 중국에서 정부 주도로 막대한 투자를 감행함으로써 LCD 가격이 급락해 수익성이 악화된 것으로 알려졌다.
국내 디스플레이기업들은 중국과의 기술격차를 벌리기 위해 노력하고 있고 삼성디스플레이는 기존 LCD에서 기술을 발전시키는 전략을 구사하는 반면 LG디스플레이는 중국과 기술격차가 더 큰 것으로 평가되고 있는 OLED 등의 차세대 디스플레이에 집중하고 있다.
삼성은 LCD 패널과 BLU 사이에 퀀텀닷(Quantum Dot) 필름을 삽입해 색 재현율을 높이는 방식으로 퀀텀닷 TV를 전면에 내세웠으나 LG디스플레이의 OLED에 대항하기 위해 급하게 내놓은 「반짝작품」이라는 평가를 받고 있다.
퀀텀닷 TV는 기존 LCD 패널에 퀀텀닷 필름만 붙여 LCD TV의 색재현성을 OLED에 가깝게 만들 수 있어 공정이 단순하고 투자비용이 낮으나 차세대 기술보다는 LCD의 변형 틈새 기술에 불과하다는 지적이 제기되고 있다.
시장 관계자는 “LED 및 퀀텀닷 TV 모두 LCD 기술이 진보된 형태”라며 “LCD는 기술반경이 넓은 것으로 평가되고 있으나 시장 자체가 이미 성숙기에 접어들어 더 이상의 기술발전은 어렵다”고 밝혔다.
이어 “중국에서 LCD를 중심으로 국내 디스플레이 시장을 바짝 추격하고 있어 수익성이 계속 악화되고 있기 때문에 삼성을 포함한 국내 디스플레이기업들은 OLED로 승부를 보려할 것”이라고 덧붙였다.

OLED, 차세대 후보 “우후죽순”
QLED, PeLED 등 OLED의 뒤를 이을 차세대 패널 소재가 우후죽순 등장하고 있다.
OLED는 LCD 및 LED와 달리 자체 발광소자를 사용함으로써 패널 자체에서 빛을 내 BLU 기능을 하기 때문에 별도의 BLU가 불필요하다. LCD처럼 BLU, 액정, 컬러필터 등이 필요 없기 때문에 얇고 가벼우며 색 재현성, 명암비, 응답속도 등이 우수해 LCD를 대체할 가장 유력한 차세대 디스플레이로 거론되고 있다.
하지만, OLED는 발광소재 가격이 비싸고 색 조절 과정이 복잡해 색 순도가 낮다는 점이 단점으로 지적되고 있으며, 발광효율 및 색순도가 우수하면서도 저가로 생산이 가능한 새로운 LED 개발 필요성이 강조되고 있다.
또 OLED는 대면적화가 어렵고 글로벌 생산기업은 LG디스플레이가 유일해 시장 확대가 지연되고 있다.
시장 관계자는 “삼성디스플레이가 OLED 대면적화에 있어서 수율을 극복하지 못하는 등 기술력의 한계로 R&D 단계에만 머물러 있다”며 “LG디스플레이는 삼성과 다른 방식으로 대면적 OLED를 구현하고 있으나 수율을 확보하지 못해 비싼 가격이 시장 확대의 장애물로 지적되고 있다”고 밝혔다.
이어 “OLED TV는 기술적으로 LCD보다 우수하고 가격도 계속 내려가고 있으나 중국발 공급과잉에 따라 LCD 가격도 빠르게 하락하고 있어 OLED TV가 가격경쟁력을 갖추기는 쉽지 않을 것”이라고 덧붙였다.
대면적 OLED 패널을 생산·판매하고 있는 LG디스플레이는 2015년 3/4분기 매출액이 7조2000억원으로 전년동기대비 9.3% 증가했으나 영업이익은 3329억원으로 29.8% 급감한 것으로 나타났다.
반면, 중소형 OLED 패널을 생산해 IT기기에 적용하고 있는 삼성디스플레이는 매출액이 7조4900억원으로 19.9% 증가했고 영업이익은 9300억원으로 1450% 폭증했다.
LCD 대비 가장 큰 장점이 플렉시블인 OLED가 플렉시블의 필요성이 낮은 TV에 적용돼 OLED TV의 시장성에 회의적인 시각도 제기되고 있다.
이에 따라 OLED의 상용화가 본격화되기도 전에 QLED, PeLED 등 발광 디스플레이 시장의 차세대 후보가 등장하고 있다.
시장 관계자는 “OLED가 LCD에 비해서는 우수하지만 극복해야 할 과제가 여전히 많다”며 “국내 디스플레이기업들은 중국의 참여로 LCD TV 등 범용제품 경쟁이 치열해지고 있어 프리미엄으로 수익성을 창출하려 할 것”이라고 밝혔다.
이어 “중국이 OLED에도 막대한 투자를 하고 있어 국내기업들은 기존 디스플레이의 한계를 극복하는 방식으로 기술격차를 확대하는 등 OLED의 뒤를 이을 차세대 소재 개발이 활발한 것”이라고 덧붙였다.

QLED, OLED 성공만 기다린다!
QLED는 OLED의 뒤를 이을 차세대 디스플레이 소재로 부상했으나 수명, 픽셀화 공정, 환경 등의 문제가 장애물로 지적되고 있다.
QLED는 OLED에서 유기물질 대신 무기물인 퀀텀닷을 채용한 것으로 높은 색 순도를 킬링포인트로 내세우고 있다.
퀀텀닷은 나노입자의 크기를 이용해 빛의 파장을 조절하는 광원소재로 LCD는 Blue LED에 Yellow 형광체를 발라 흰색을 구현하는 것에 비해 QLED는 퀀텀닷 입자를 덧대어 흰색을 구현하는 것으로 알려져 있다.
퀀텀닷 입자가 청색 빛을 빨간색과 녹색으로 변환시켜 디스플레이의 색 재현율을 높여주는 방식을 적용했다.
디스플레이는 LCD, LED, UHD(Ultra High Definition), 커브드(Curved)의 뒤를 이을 차세대 프리미엄 TV의 주도권을 둘러싸고 OLED와 퀀텀닷이 경쟁하고 있으며 일반적으로 OLED가 퀀텀닷보다 기술적으로 앞서 있다고 평가되고 있다.
OLED는 응답속도가 0.001ms 이하로 잔상 문제가 없으며 명암비, 시야각이 모두 무한인 점이 장점이고, 퀀텀닷은 색 재현율이 125%에 달해 색 순도가 높고 발광효율도 OLED보다 높은 것이 장점이다.
하지만, 일부에서는 QLED가 OLED의 성공을 전제로 한다는 의견을 제기하고 있다.
OLED는 명암비, 반응속도, 시야각의 측면에서 현존하는 디스플레이 기술 가운데 가장 앞서 있지만 가격경쟁력이 낮아 시장 확대가 지연되고 있다.
시장 관계자는 “OLED가 성공하지 못하면 QLED도 성공할 수 없다”며 “QLED는 OLED에 기술응용을 시도한 것으로 간주해야 하기 때문에 OLED가 상용화되지 않은 시점에서 아직 경쟁관계라고 할 수 없다”고 밝혔다.
OLED는 대면적화에서 수율이 낮게 나타나는 등의 문제가 상업화를 위한 선결과제로 남아 있으며 현재 상업화돼 있는 LG디스플레이의 OLED TV는 제대로 된 OLED의 구현이 아니라는 지적을 받고 있다.
시장 관계자는 “LG의 OLED TV는 모든 발광소자가 개별적인 픽셀을 하나하나 구현해내는 방식이 아니라 R, G, B를 수직으로 적층해 백색광의 OLED 소자를 구현한 후 그 위에 컬러필터를 증착해 색을 재현한 방식”이라며 “백색등에 셀로판지를 붙이면 셀로판지 색상의 빛이 나오는 방식과 같다”고 주장했다.
이어 “엄격한 의미에서 LG의 OLED는 제대로 된 OLED가 아니라는 평가를 받고 있으며 QLED는 OLED에서 기술을 응용한 것이기 때문에 QLED가 성공하기 위해서는 제대로 된 OLED 구현을 위한 연구가 선행돼야 한다”고 덧붙였다.
퀀텀닷은 파장조절이 쉽고 발광효율 및 색 순도가 우수하나 실제 디스플레이제품에 쓰이는 밝기 영역에서는 효율이 낮게 나타나고 R, G, B의 수명문제가 존재하는 등 상업화에 어려움을 겪고 있다.
하지만, 최근에 발광효율 저하문제를 극복하는 것에 대한 연구결과가 등장했다.
KIST에 따르면, 얇은 필름에 둘러싸인 퀀텀닷 사이에 에너지 전달현상이 빨라지면서 발광효율이 급격히 떨어지는 것으로 밝혀졌고 필름두께를 다양하게 적용해 퀀텀닷의 거리를 기존 2나노미터에서 10-12나노미터로 확대하면 에너지 전달현상이 줄어들면서 발광효율 저하가 발생하지 않는 것으로 나타났다.
시장 관계자는 “QLED는 환경유해물질인 카드뮴을 포함하고 있어 사용이 규제됨에 따라 비카드뮴계 퀀텀닷이 개발되고 있으나 효율이 떨어지는 등의 한계가 나타나고 있다”며 “퀀텀닷은 친환경소재를 사용하면서도 효율 및 안정성을 유지할 수 있어야 한다”고 밝혔다.

PeLED, 킬링포인트를 확보하라!
PeLED는 OLED에 비해 가격경쟁력이 높은 것으로 나타나 차세대 디스플레이 패널소재로 부상하고 있으나 킬링포인트가 부족한 것으로 평가되고 있다.
PeLED는 페로브스카이트(Perovskite) 소재를 활용해 OLED와 발광효율이 비슷하면서도 소재가격이 OLED에 비해 약 1/10 정도 저렴한 것으로 알려져 있다.
페로브스카이트는 부도체, 반도체, 도체 성질은 물론 초전도 현상까지 나타내는 특이한 결정구조 물질로 에너지 변환효율이 높은 것으로 알려져 태양전지 효율을 14% 끌어올리는 등 태양전지의 불안정성 문제를 해결할 수 있는 소재로 각광받고 있다.
PeLED는 페로브스카이트를 이용한 LED 상용화 기술로 포스텍 연구팀이 주도해 개발했다.
PeLED는 상온에서 전하로 분리되는 등 쉽게 발광이 소멸하는 현상 때문에 상용화 가능성이 낮았으나 포스텍 신소재공학과 이태우 교수팀은 「나노결정 고정화」라는 박막형성 공정을 개발해 발광효율 저하 문제를 극복한 것으로 밝혀졌다.
하지만, PeLED는 킬링포인트가 없다는 점이 한계로 지적되고 있다.                      
시장 관계자는 “차세대 디스플레이는 기존 디스플레이에 비해 기술격차가 있어야 하고 기존 디스플레이의 한계를 극복하거나 대체할만한 킬링포인트가 있어야 하지만 PeLED는 소재가격이 OLED에 비해 1/10 수준으로 저렴하다는 것 말고는 차별화 포인트가 없다”며 “소재가격보다 중요한 것은 전체 공정가격이며 최근 포스텍 연구결과는 신소재를 디스플레이에 적용했다는 측면에서 의의가 있는 것으로 실험실 논문형 연구에 불과하며 상업화는 아직 멀었다”고 주장했다.
이어 “차세대 디스플레이는 수명의 안정성, 발광효율, 킬링포인트를 모두 확보해야 하며 기술적인 측면 못지않게 중요한 것이 소재의 시장성이기 때문에 상업화에 성공하는 것은 또다른 문제”라고 덧붙였다. <박주현 기자: pjh@chemlocus.com>