QNED (quantum dot nano-rod LED) 구조와 핵심 기술
삼성디스플레이 연구소는OLED에 이은 차세대 디스플레이로서QNED 개발에 박차를 가하고 있다.
삼성디스플레이가 QNED를 대형 디스플레이 사업의 일환으로 개발하고 있는 이유는, 삼성디스플레이의 가장 큰 고객사인 삼성전자가 만족할 수 있는 화질을 낼 수 있는 유일한 디스플레이이기 때문이다.
세계 TV 시장 점유율 1위인 삼성전자의 TV 사업 방향은, QD를 사용하여 색재현율을 OLED 보다 좋게하고, 높은 휘도로서 밝은 화면에서 계조 특성이 우수한 HDR 성능을 최대화할 수 있는 디스플레이를 사용하여 최고 수준의 TV를 고객에게 제공하는 것이다.
이러한 삼성전자의 니즈를 유일하게 만족시킬 수 있는 디스플레이가 바로 QNED이다.
| 항목 | QNED | OLED | Mini-LED LCD |
| 색재현율 | 매우 좋음 | 좋음 | 매우 좋음 |
| HDR | 매우 좋음 | 좋음 | 좋음 |
| 휘도 (luminance) | 매우 좋음 | 좋음 | 좋음 |
| 명암비 | 매우 좋음 | 매우 좋음 | 좋음 |
| Motion blur | 매우 좋음 | 매우 좋음 | 보통 |
QNED는 자발광 디스플레이이며 QD를 사용하기 때문에 색재현율과 HDR, 휘도, 명암비, motion blur 등의 모든 특성에서 가장 좋아, 삼성전자에서 기대하고 있는 제품이다.
QNED가 최상의 특성을 가진 디스플레이인 것은 구조로서 확인할 수 있다. QNED는 대형 OLED에서 사용되는 3T1C의 TFT 구조위에 nano-rod LED가 있는 화소층, 그 상부에 QD와 CF(color filter)로 구성되어 있는 색변환층으로 구성되어 있다.
OLED는 화소에 신호를 전달하기 위한 전극(음전극, 양전극)과 배선이 발광재료 상하부에 위치하고 있지만, QNED는 신호전달 전극(화소 전극)과 배선이 모두 동일 평면에 위치하고 있다. QNED는 화소 전극 이외에 출광 효율을 높이기 위한 반사전극이 추가로 존재한다. Nano-rod LED를 정렬하기 위한 정렬 전극은 화소 전극이 겸하고 있다.
<QNED 단면 구조>
<QNED 화소부 구조>
<QNED 화소 평면 구조>
QNED 화소의 평면 구조를 보면, 1개의 화소 내에는 다수의 화소 전극이 직렬로 연결되어 있으며, 화소 전극들 사이에 nano-rod LED가 위치하고 있다. 화소 전극은 절연재료로 형성되어 있는 격벽(PW)상에 있으며, 각 화소는 뱅크(BNK)에 의해 둘러 쌓여 영역이 구분되어 있다.
QNED의 핵심 기술은 구동 기술과 센싱 기술이다.
구동 기술에는 nano-rod LED를 정렬하기 위한 구동 기술과 nano-rod LED 개수 편차가 있을 수 있는 화소를 균일하게 제어할 수 있는 구동 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.
<정렬용 구동 회로>
<정렬 상태 확인용 센싱 트랜지스터>
QNED회로부에는 정렬 신호를 인가하는 스위칭 소자와 함께 nano-rod LED의 정렬 상태를 확인할 수 있는 센싱 트랜지스터가 있다. 센싱 트랜지스터는 화소에 흐르는 전류량을 검출하여 각 화소별 nano-rod LED의 정렬 개수를 파악한다.
마지막으로 중요한 구동 기술은 화소당 nano-rod LED 개수가 달라도 전체 화면에 휘도가 균일할 수 있도록 화소별로 전류를 공급하는 기술이다. 센싱 트랜지스터에서 읽은 데이터를 기준으로 각 화소를 제어하는 방식이다.
[QNED 기술 완성도 분석 보고서]에는 패널상에 있는 nano-rod LED 정렬 상태를 확인할 수 있는 센싱 트랜지스터와 센싱 배선, 센싱 시그널들이 자세히 소개되어 있다.
센싱 기술로서는 QNED 내부에 설계되는 센싱 기술(센싱 트랜지스트)와 QNED 제조에 사용되는 센싱 기술이 있다. QNED 제조에 사용되는 센싱 기술은 잉크젯 시스템에 내재되어 있다. 잉크젯 시스템 내의 센싱 기술로서는 잉크내의 nano-rod LED 개수와 용매의 점도 분석, 패널에 분사된 nano-rod LED 개수 분석, nano-rod LED 정렬 상태 분석 3가지이다.
<잉크젯 시스템 구성>
QNED는 이미 2년전에 4K 65인치가 구동이 가능한 것은 증명되었다. 삼성디스플레이는 QNED의 화면 균일성을 확보하기 위한 마무리 작업에 집중하고 있다.
