모바일 OLED 고해상도 공정 한계 다다랐나

[박계현기자] 삼성이 갤럭시S4가 구현한 풀HD 해상도를 기점으로 더 이상 모바일 OLED 패널의 해상도를 높여가지 않을 수도 있다는 관측이 제기됐다.

최근 관련업계에 따르면, 일부 디스플레이 전문가들은 삼성디스플레이의 OLED 공정 기술이 풀HD에서 사실상 물리적 한계에 다다른 것으로 보고 있다.

삼성 출신 업계 관계자는 "(삼성) 내부에서 기술적으로는 더 올라갈 필요가 없다고 느끼고 있는 것 같다. 해상도는 그 이상 높여갈 필요가 없다고 생각하는 측면이 있다. 화소 간 밀도(density)를 더 이상 높일 수 없는 것도 한 가지 이유"라며 "경영진의 관심사는 이제 고해상도 OLED 패널이 아니라 플렉시블 OLED로 가고 있는 것으로 보인다"고 전했다.

이에 대해 삼성디스플레이 관계자는 "불과 2년전만 하더라도 업계에선 270 ppi 이상이 OLED 패널이 나오기 힘들 것이라고 봤는데 현재 441 ppi 해상도가 적용된 양산 제품이 나왔다"며 지금 시점에서 기술적 한계를 단언하기 힘들다는 입장이다.

이어 "다만 하드웨어적으로 차별화가 점점 더 어려워지기 때문에 디스플레이 업계의 관심사가 플렉시블 디스플레이 쪽으로 집중되고 있는 것은 사실"이라고 덧붙였다.

◆OLED 해상도 한계 논란 왜?

갤럭시S4에 탑재된 '풀HD 슈퍼 아몰레드' 패널은 녹색 화소의 경우 풀HD 해상도에 맞는 크기로 줄였지만, 적색과 청색은 이전 버전과 동일한 크기로 제작됐다.

모바일 디스플레이의 해상도가 풀HD로 높아지면서 같은 면적 안에 더 많은 수의 화소를 더 작은 크기로 집어넣어야 하지만 적·녹·청(RGB) 모든 색깔 화소의 크기를 줄일 수는 없기 때문이다.

삼성디스플레이는 적녹청이 모두 들어간 화소를 풀HD에 맞는 크기로 줄여서 생산할 수 없자 총 화소수가 일반 패널보다 3분의 1 적은 이른바 '펜타일 구조' 패널을 대안으로 채택했다.

스트라이프 구조가 빛의 3원색인 적·녹·청 각각의 색을 구현하는 3개의 서브픽셀을 포함하고 있는 것과 달리 펜타일 구조는 한 화소 안에 적·녹이나 청·녹 두 가지 색을 쓴 조합이 번갈아 쓰인다.

이때문에 '갤럭시S4'에 탑재된 풀HD 패널의 총 화소수는 414만7천200개(1920x1080x2). 풀HD에 스트라이프 구조를 채택한 패널의 총화소수 622만800개보다 3분의 1 가량 감소한 것.

삼성 측에선 "사람의 각막에서 색을 인식할 때 적녹청(RGB) 중 녹색이 가장 많은 영향을 미친다"며 "망막 구조에서 RGB 색을 판단할 때 가장 큰 영향을 미치는 녹색을 다른 색깔의 서브픽셀보다 많이 집어넣어 공정 상의 한계를 극복한 것"이라고 이를 설명했다.

◆픽셀간 간격 확보 위해 펜타일 구조로 제작

삼성디스플레이는 OLED 패널에 적녹청의 색을 구현하기 위해 각각의 색을 개별 증착하는 파인메탈마스크(FMM) 공정을 거치고 있다. FMM 공정에선 색 구현을 위해 정확한 위치에 마스크를 두고 마스크가 덧대져 있지 않은 기판 부분에 개별 색의 발광층을 증착시켜야 한다.

펜타일 구조를 사용하지 않고 스트라이프 구조를 채택할 경우, 5인치 풀HD 패널 안에 들어가는 각 서브픽셀 간의 거리는 19마이크로미터(um)다.

화소수가 높은만큼 각각의 색깔을 구현하는 서브픽셀 간의 거리가 줄어드는 게 문제. 현재의 FMM 공정 방식의 양산 기술은 각 색 간의 간격이 최소 25마이크로미터 이상 돼야 각 색 간 침범현상이 일어나지 않는다. 삼성디스플레이는 한 화소 안에 두 가지 색의 서브픽셀만 들어가는 펜타일 구조를 채택해 공정에 필요한 픽셀간 간격을 확보했다.

단순히 색을 증착시키는 문제 외에도 별도의 광원이 부착된 LCD와는 달리 자발광해야 하는 OLED(능동형 유기발광다이오드) 소재 특성상 작은 면적 안에 TFT(박막트랜지스터)수가 더 많아져야 하는 또다른 한계요소가 있었다.

경희대 서민철 교수는 "RGB가 들어간 하나의 화소에는 화소를 구현하기 위한 TFT가 최소 6개 이상 들어가야 하고 데이터를 저장하는 공간도 필요하다. (풀HD 단계에선) 한 화소에 가로 19마이크로미터, 57마이크로미터의 공간이 허용되는데 이 공간 안에 이것들을 다 집어넣는 것은 물리적으로 불가능하다"고 설명했다.

그렇다면 '갤럭시S4'에 들어간 펜타일 구조의 풀HD 패널은 스트라이프 구조의 풀HD 패널과 기능상으로 전혀 차이가 없을까.

이에 대한 업계 및 전문가들의 의견은 나뉜다.

서민철 경희대학교 정보디스플레이학과 교수는 "5인치 패널에서 풀HD를 구현하기 위해 들어가는 화소의 크기 자체가 워낙 작기 때문에 인지해상도 측면에선 문제가 없다. 해상도를 줄일 때는 가장 사람 눈에 잘 띄는 녹색의 해상도를 유지하면 된다"고 말했다.

다른 업계 관계자는 "펜타일 구조와 스트라이프 구조를 특정 패턴에서 비교하면 펜타일 구조가 '리얼 RGB(스트라이프)' 화질에 비해 성능이 떨어지는 것을 확인할 수 있다"며 "'리얼 RGB'와 펜타일이 같을 수는 없다"고 주장했다.

삼성 측에선 "('갤럭시S3'에선) 수평·수직으로 돼 있던 구조를 '갤럭시S4' 패널에선 다이아몬드(대각선) 픽셀 구조로 배열해 기존 펜타일 방식에서 진일보된 화면으로 글자가 일부 왜곡되는 현상을 극복했다"고 오히려 강점이 있다는 주장이다.