안녕하십니까, OLED TV 디스플레이 연재를 계속 해오면서 기다리고 기다렸던 항목들 중 하나인 '번인(Burn-in)' 현상에 대해서 말씀드리고자 합니다.  이 부분에 대해서 말씀드릴 수 있는것은, 제가 R&D가 아닌 관리직군쪽이라 정확한 이론적 기반이 부족할 수 있으니 혹여 잘 아시는 분들은 지적해 주시면 감사하겠습니다. 그리고 글이 매우 깁니다 ㅎㅎ 이점 양해 부탁드리겠습니다.

1. 번인에 대한 오해_Micro LED는 번인이 없다? 

 '번인은 OLED의 숙명'이라는 표현을 자주 봅니다. 하지만 전 이 부분이 잘못된 표현이라고 생각합니다. 제가 생각하는 정확한 표현은 

 다음과 같습니다. 

 '번인은 자발광 디스플레이의 숙명'

 여기서 말하는 자발광 디스플레이는 '디스플레이를 구성하는 소자가 직접 빛을 낸다'는 의미입니다. 여기서 부가적으로 나오는 내용은 다음과 같습니다.

'소자 하나하나 빛난다 = 하나하나 컨트롤이 가능하다 = 하나하나 완벽하게 발광 ON/OFF가 가능하다=고도의 명암비 구현가능'

 일반적으로 LCD와 경쟁했던 플라즈마 디스플레이, OLED, 그리고 미래의 기술로 불리는 Micro LED, 그리고 더 미래의 기술로 보여지는 

퀀텀닷 디스플레이 등등 이 모든 디스플레이들이 자발광 디스플레이라고 볼 수 있습니다. 

 반대로 현 세대의 LCD처럼 하나의 광원(백라이트)에서 나오는 빛을 '도광판'이라는 플라스틱 Sheet로 빛을 확산시키고, 그렇게 넓게 펴진 빛을 껐다 켯다만 조절하는 것처럼 빛을 산란하거나 반사, 간섭등으로 빛을 표현하는 것을 '수광형 디스플레이'라고 하는데, 이 계열의 특징은 소자 하나하나의 Control이 되지 않습니다. (일반적으로는 그렇습니다만 MEMS같은 것은 수광형이긴 하나 소자하나하나 컨트롤이 됩니다.)

그럼 번인이 왜 '자발광 디스플레이'의 숙명일까요? 그 전에 일반적으로 말하는 OLED 번인의 원인부터 이야기 해보겠습니다. 

2. OLED의 번인

우리가 흔히 말하는 '번인'은 '화소가 타버려서 죽어서 검게 표시되는것'으로 이해를 하는 경우가 많습니다. 유기물이 수명이 약하니 빛을 내다가 내다가 점점 밝기가 약해지고, 결국은 어둡게 죽어버리는것... 으로 이해하는 경우를 많이 보았는데, 실제로는 그런 경우는 거의 없습니다. 왜 그런지 다음과 같이 설명드리도록 하겠습니다.

 1) 유기물의 수명 : 여러분이 생각하시는 것보다 유기물의 수명은 매우 깁니다. 현재 R/G소자들은 LT50기준(유기물의 밝기가 기존대비 50%가 되는 시간)으로  10만시간 정도로 추산되고 있습니다. 10만시간 연속 틀어놓으면 밝기가 50%로 줄어든다는 의미지요. 10만시간이면 11년 정도 됩니다. 즉 밝기가 지속적으로 떨어지긴 하겠지만, 10만시간, 어쩌면 그 이상까지 화면은 나오긴 나온다는 의미입니다. 

 다만 문제가 되는것은 다들 익히 아시다시피 '블루'의 수명은 2만시간 정도입니다. 대략 한 2~3년 정도입니다. 여기서 드는 의문이 있습니다.

'그렇다면 2만시간, 2년만 24시간 틀어놓으면 블루 밝기가 절반정도로 떨어질거고, 4년 정도 24시간 틀면 다 닳아서 없어지겠네?'

하지만 그렇지는 않습니다. 만약 그렇다면 LGD는 천하의 사기꾼입니다. 4년 정도 쓸 제품을 어떻게 판매하겠습니까? 바로 소송 들어가야 합니다. OLED TV가 2014년에 출시가 되었으니, 초창기 사신 분들은 지금쯤 TV가 색이 이상하게 변질되어야 마땅합니다. 그렇지만 아직 큰 문제가 발생하지 않는 이유는 '24시간 2년동안 틀어놓는다' 라는 가정이 비현실적이고, 정말 100배 양보해서 8시간 동안 틀어놓는다고 

가정하면 수명은 3배로 늘어나 LT50기준으로 휘도가 절반이 되는 시점은 6년, 거의 다 닳아버릴때는 12년? 정도 되게 됩니다. 

 정확하게 말씀드리면, OLED화소의 '수명'은 번인의 직접적인 문제가 아닙니다. '번인'이라는 용어처럼 소자가 완전히 불타 없어져서 색이 완전히 변질되는 경우는 거의 희박합니다. 용어는 마치 불타 없어지는 것처럼 보여지는데, 사실은 현행 LCD TV처럼 10년 정도까지는 디스플레이의 역할을 할 수 있습니다. LED TV도 5년정도 쓰면 휘도가 급격이 낮아지는 만큼(LED는 캐패시터 문제가 없더라도 휘도는 지속적으로 감소합니다.) OLED도 크게 다를바는 없다는 거지요.

 결국 번인은 소자간 유기물의 '수명격차' 때문에 발생한다고 봐야 합니다. 어떤 소자는 빛이 계속 밝은데(Red-Green) 어떤 소자는 빛이 어두워져서 그 차이가 두드러지는 거고, 인간의 시각은 그런 '차이'를 잡아내는데에 매우 탁월합니다. 그 미묘한 밝기차이가 바로 우리가 말하는 번인이 되는 것이고, 그래서 'OLED Blue 수명이 문제다'라는 것은 다른 유기물에 비해서 블루의 수명이 낮아 '차이가 발생해서' 문제라는 거지 블루 자체의 수명이 너무 짧아 사용기간동안 다 타버리는 경우는 없습니다. 만약 그 차이를 보정해 줄 수 있다면 이미 번인이 발생한 디스플레이도 멀쩡하게 만들 수 있습니다.

 이 점은 LED도 마찬가지입니다. 각 화소간 밝기차이가 발생하면 '번인'은 무조건 발생하고, 지속적으로 자주 사용하는 화소가 생기면 정도의 차이만 있을뿐 자발광 디스플레이는 반드시 언제가는 번인이 생길 수 밖에 없습니다. 제가 '번인'이 '자발광디스플레이'의 숙명이라는 이유가 바로 이 때문입니다. 

 

2) 탠덤(Tandem)구조 :  그렇다면 이 부족한 '블루' 수명을 늘릴수 있는 방법은 없을까요? 우선 해당되는 소자의 LT50 수명을 늘리는 방법을 생각할 수 있습니다. OLED 유기물을 개발하는 많은 회사가 그 부분에 대해서 노력하고 있습니다만 아직까지 획기적인 개선은 없는 상황입니다. 그래도 초창기 Blue시간이 몇천시간 단위에서 만단위까지 올라온 것은 그동안의 노력이 반영된 덕분이지요. 

 

 그렇다면 다른 방법으로 블루의 수명을 보완해야 합니다. 일반적인 소형 OLED의 경우보다 WOLED는 Blue의 휘도감소에 굉장히 유리한 부분이 많습니다. Real RGB의 경우 블루의 빛이 감소하면 말 그대로 '화소하나'의 휘도가 감소하는데 반해 WOLED는 그것을 보완해줄 '친구'를 만들 수 있습니다. 아래 구조를 보시면 RGB 삼원색 혼합이 아닌, Blue+Yellow Green의 조합으로 백색을 표현하는데 3 Stack WOLED는 Blue가 두개입니다. 즉 Real RGB가 아니기 때문에, 즉 뭘 하던 '백색'만 나오면 되기 때문에  이 Stack은 전자의 이동만 허용한다면 4Stack, 5Stack... 등등도 가능합니다. 이 경우 Blue 부분을 여러개 분할해서 반영할 수 있기에 Blue의 소모를 상대적으로 줄일 수 있습니다. 이게 WOLED의 탠덤구조고, 내부적으로도 이런 Stack을 더 쌓는다면 수명부분에서 보완이 가능할 것으로 판단하고 있습니다. 

 다만 이 경우 계속해서 증착을 시켜줘야 하는데, WOLED의 증착라인이 아무리 효율적이라고는 하나 점점 쌓는게 많아지면 유기물 공정자체의 Capa가 하락하게 됩니다. 안그래도 부족한데 Capa 하락까지 감소하면서 유기물의 수명을 올릴 것인지에 대한 고민Point가 LGD 내부에서도 많습니다. 

잘못된 형식의 이미지 링크입니다.

 하지만 이것뿐만이 아닙니다. WOLED의 수명을 늘릴수 있는것은 이 방법만 있는게 아니니까요. 저는 생산성을 감소시키는 Multi-Stack보다는 회로부쪽에서 컨트롤이 가능한 '보상공정'쪽에서 더 좋은 방법이 나올 것으로 보고 있습니다.

3. 휘도-전류 곡선, 그리고 보상공정

 위에서 말씀드린 것처럼, OLED는 휘도가 시간이 지남에 따라 점점 감소하는 특성을 가집니다. 그건 무기물인 LED도 마찬가지고, 모든 빛을 내는 존재는 결국 수명이 유한하기 때문에 시간이 지남에 따라 휘도가 감소합니다. 

 그런데 중요한 것은, 휘도가 감소하는 '기준'입니다. 위에서 이야기한 LT50 기준은 1000CD의 밝기를 세팅한 상태에서 시간이 지나면 휘도가 절반이 된다는 내용입니다. 하지만 '특정 전류수준'이라는 말이 빠졌습니다. 

 아래 그래프를 보시면 쉽게 이해하실 수 있습니다. OLED소자는 전류량에 비례해서 휘도가 상승합니다. 많은 전류를 주면 휘도가 높아지고, 낮은 전류를 흘리면 휘도가 낮아지지요. 그리고 Y+3(3년), Y+6(6년)...등등으로 갈수록 '동일한 전류량'을 걸어주었을때 휘도는 점점 

낮아집니다. 

잘못된 형식의 이미지 링크입니다.

(그래프가 잘못되어 그래프를 수정하였습니다)

 그런데 만약 동일한 전류량이 아니라 '더 높은 전류량'을 걸어준다면? 휘도는 유지시킬 수 있습니다. 물론 수명은 기존의 낮은 전류량을

기반으로 하는 것보다는 좀 더 빠르게 오른쪽으로 움직이겠지만, 합리적인 TV의 기대수명(7~10년)까지는 휘도저하를 막을 수 있다면

나쁘지 않습니다. OLED TV는 그런식으로 낮은 휘도의 화소는 전류량을 늘려서 높은 휘도로 조정하는 방식을 거치고 있습니다. 

 보상공정중 JB(잔상보상)은 이런 매커니즘으로 이뤄집니다. 밝기가 낮은 화소가 있으면 전류량을 늘려서 밝기를 맞추고, 너무 밝은 화소는 전류량을 낮춰서 밝기를 낮추고.... OLED TV가 처음 나올때엔 바로 시장에 내다팔만한 매끈한 제품이 그리 많지는 않았습니다 ㅎㅎ 이 보상공정의 힘으로 양품화를 시킬수 있었던 것이지요.(불량품->양품으로 전환은 아닙니다. 부분적인 요소로 얼룩이 있거나 이런부분을 보상해준것이지 불량품을 눈속임으로 양품처럼 판것은 아닙니다. 오해있으실까봐^^)

 그런데, 이 보상공정이 공장 내에서만 이뤄지진 않습니다. 현재 제가 아는바로는 아래의 휘도곡선 커브에 대한 경험적인 결과를 바탕으로

사용 후 일정시간이 지나면 해당 곡선 커브에 따라 전류조정(보상)을 실시하는 것으로 알고 있습니다. 물론 이 JB 뿐만 아니라 다른 보상공정이 '화면을 끈' 상황에서 이뤄지는 경우가 있기 때문에 OLED TV는 왠만하면 전원선에 연결을 유지시켜놔야 할 것으로 보여집니다.

 

 저는 이런 보상 매커니즘의 발전이 궁극적으로는 OLED 뿐만 아니라 자발광디스플레이의 '번인'을 줄여줄 해결책이 될 것이라 봅니다. 시간이 지나면서 쌓이는 Big Data를 분석하여 좀더 세밀한 휘도-전류 곡선을 도출해내고, 이를 통해 시간에 따른 변화를 예측한다면 자연스럽게 소자상태에 따라서 밝기조절이 가능해질거고, 만약 여기에 '휘도검출기'만 조금 더해진다면 많은 부분에서 보상이 가능할 것으로 판단됩니다. 이미 아이폰도 비슷한 형태의 보상 Process가 적용된 것처럼, 보상기술이 점점 발달한다면 아마 '실시간 보상'도 가능할 것 같습니다. 

4. 맺음말

 위의 내용을 종합한다면 다음과 같습니다. 

1) 번인은 유기물 화소의 수명이 아닌, 각 화소의 수명차이 때문에 생긴다. 각 화소의 밝기차이로 이뤄지는 만큼, 화소간 밝기만 맞춰주면 

    '번인'은 일정부분 회복이 가능하다.

2) 자발광 디스플레이는 필연적으로 많이 쓰는 화소와 많이 쓰지 않는 화소가 나뉘어지기에, Micro-LED나 QLED도 번인이 '늦게' 올뿐

     오는 것은 마찬가지이다

3) WOLED는 탠덤구조로 번인에 대해서 대응이 가능하다. 다만 생산성에 영향을 크게 미친다.

4) 보상은 OLED 휘도-전류곡선에 기반하여 조정해주는 과정이다. 가정에 판매된 상태에서도 잔상보상이 적용되며, 이 기술이 발전해서

    실시간으로 보상을 할 수 있다면 번인문제는 아주 많이 감소할 것이다. (다만 언제쯤 그런 보상매커니즘의 진화가 가능할지는...ㅠㅠ)

 모바일의 경우 번인이 난 디스플레이를 그대로 버리는 것보단, 상기 보상과정을 거쳐서 다시금 사용할 수도 있겠습니다만(최근은 그렇게 서비스센터에서 보상과정을 처리해준다고 들었습니다) 기분이 좀 그렇겠지요 ㅎㅎ 하지만 대면적 TV는 계속해서 이런 보상과정을 거치게 되면 만족할만한 수명을 거둘수 있을 것 같습니다. 그래서 번인이 나면 출장을 통해 보상을 해주는 서비스가 있어야 하지 않을까... 하는 생각을 합니다.

 다음번엔 미래 디스플레이, Micro LED와 퀀텀닷에 대해서 말씀을 드리도록 하겠습니다. 다음번이 아마 이 시리즈의 마지막이 되지 않을까 생각합니다. 

긴글 읽어주셔서 감사합니다.