반도체 / 디스플레이 : 과연 어떤 차이가 있을까?

안녕하세요!

디스플레이를 공부하고 있는 타임플렉스입니다.

 

이제 본격적으로 반도체와 디스플레이에 대한 이야기를 해보려고 합니다.

블로그 글이기 때문에 너무 깊은 내용보다는 조금은 가볍게 함께 알아가보도록 해요!

반도체와 디스플레이, 어떤 차이가 있을까?

 

 대학교에서 반도체 · 디스플레이에 관련한 학과나 신소재 공학 관련 수업에서 전공 과목으로 많이 수업을 듣습니다. 대부분의 학생들은 해당 내용이 매우 비슷해 보인다고 느낍니다. 그러나 실제 하는 공정이나 적용에 필요한 요소들이 매우 다르지만 이에 대한 전반적인 설명이 부족해보여 해당 내용을 소개해보고자 합니다.

 

쉽게 설명하면, 반도체는 하나의 부품이고, 디스플레이는 하나의 제품이라고 생각하면 됩니다.

그렇다면 조금 더 자세하게 알아보겠습니다.

 

반도체의 정의 및 분류 

 

먼저, 반도체는 Si와 같이 에너지 밴드 갭(Energy band gap)이 큰 물질을 활용하여 전기를 통하게 하거나 못 흐르게 하는 것을 특징으로 합니다. 이동 물질(carrier) 인 전자(free electron)과 홀(hole)을 제어함으로써 전류가 흐르게도 하고 빛을 내기도 합니다. 반도체는 다이오드(Diode), 트랜지스터(transistor), 직접회로(Integrated circuit) 등 여러가지가 있으며, 다이오드(Diode)와 트랜지스터는 개별 소자로 conductor와 insulator를 가져 전기를 연결 및 끊어주는 역할을 하는 일종의 스위치를 합니다. 그리고 이들을 모은 반도체 구조를 직접회로 (IC)라고 합니다.

간단하게는 다이오드(diode)와 트랜지스터(transistor)의 성능을 높이는 연구와 많은 수의 소자를 집적하는 기술이 주를 이루는 연구가 많습니다. 

(반도체는 전자제품에 많은 분야에 들어가기 때문에, 본 블로그에서는 디스플레이에 한정되어 반도체를 다루도록 하겠습니다.)

 

반도체 소자 이미지

 

▲에너지 밴드 갭 : 원자핵 주위에 돌아다니는 전자가 가실 수 있는 에너지 수준이며, 각 전자는 불연속적인 값을 가지며 존재하며 그 간격을 에너지 밴드 갮이라고 함.

 

 

디스플레이의 정의 및 구조

 

디스플레이 구조

 

 디스플레이는 사용자에게 시각 정보를 제공하는 하나의 제품으로 이루어져있습니다. 디스플레이는 그림과 같은 구조를 기반으로 하여 여러 개의 부품을 붙여 제작됩니다. 디스플레이는 LCD, OLED 등의 디스플레이에 따라 구조가 달라지며, 특히, 플렉시블 디스플레이 기술 개발을 통해 많은 구조가 변경되었습니다. 그러나 일반적으로 디스플레이는 전면부(발광 및 보호부)와 후면부(패널부)로 구성이 된다고 생각하시면 이해가 편합니다. 먼저, 디스플레이 전면부는 커버윈도우, 편광판(Polarizer), 터치센서(TSP), 봉지층(Encap), 발광층(RGB)을 말합니다. 디스플레이의 후면부는 베이스 기판, TFT 등을 말합니다.

 

디스플레이의 연구의 방향

 디스플레이 연구는 각각의 구성요소를 기반으로 변화하였습니다. 특히 가장 많은 변화를 보인 부분은 발광방식과 폼팩터 영역입니다.

 

1) 발광방식의 변화  (LCD → OLED / QLED)

디스플레이의 구동은 LCD (Liquid crystal display)기반의 액정 방식에서 OLED (Organic Light Emitting Diode)로 변화하였습니다. 기존의 LCD는 액정 기반으로 뒤쪽의 Back light Unit (Unit)을 활용하는 방식으로 자발광 방식이 아닙니다. 또한, 액정을 사용하는 방식은 완벽한 액정 배열이 불가능하기 때문에 잔상이 남고,  전력 소모가 많습니다. 그러나 가장 중요한 부분은 명암비 및 색감에 대한 부분입니다. 이러한 이슈가 최소화 됨에 따라 고해상도가 가능하게 됩니다. 이에 따라 LCD방식에서 OLED 등의 자발광 방식으로 연구가 진행되고 있습니다. 이에 따라 자발광이 가능한 OLED, QLED 등의 구동 방식 연구가 수행됩니다.  

 

LCD와 OLED 구조의 차이

 

2) 플렉시블 디스플레이의 연구

디스플레이의 폼팩터(Form-factor) 구조가 플랫 및 커브드 형태에서 플렉시블(폴더블, 롤러블, 스트레처블) 등으로 변화하게 되었습니다. 이에 따라 기존에 사용되던 세라믹 및 금속 소재 기반의 연구에서 단분자, 고분자와 같은 유기 소재가 많이 연구가 크게 증가되었습니다. 이로 인해 각각의 소재가 가지는 장점을 활용하여 하이브리드 소재에 대한 연구가 많아졌으며 디스플레이를 구성하는 각각의 요소에 대한 연구가 증가하였습니다. 디스플레이 분야를 연구하면, 반도체 소자 연구 대비 가장 다른 분야가 고분자 소재 및 복합 소재(Composite)에 대한 연구입니다. 

 

플렉시블 디스플레이 예시 (롤러블, 폴더블 디스플레이)

 

디스플레이는 반도체 소자와 다르게 유기 소재가 들어감에 따라 연구가 생각보다 많이 다릅니다. (제가 실제로 모르고 들어와서 많은 공부가 필요했습니다.) 때문에 진로를 정할 때에 해당 연구를 막연히 정할 것이 아니라, 어떤 연구를 하는지 꼭 관련한 내용을 찾아보고 진행하는 것이 좋습니다.

 그런 연구 방향을 정하는데에 조금이나마 도움이 될 수 있게 설명해드리겠습니다.

다음 chapter에서부터는 디스플레이의 패널부터 커버윈도우까지 각 구조에서 요구하는 특징과 사용되는 소재 및 연구 방향에 대해서 설명하도록 하겠습니다.