아바타 영화를 보실 때 여러분들은 어떤 장면이 가장 기억에 떠오르나요? 많은 분들이 3D 입체 화면으로 보는 화려한 액션 장면을 선택하실 겁니다. 하지만 저는 기지와 연구소 장면 여기저기서 나오는 투명 디스플레이가 가장 기억에 남는데요.

오늘은 투명 디스플레이에 대해서 이야기해 보려 합니다.
그 중에서도 특히 투명 LCD에 대해서 이야기해 보고 싶습니다.

투명 LCD란?

원래 LCD는 BLU(Back Light Unit)라는 광원이 있어야만 영상을 볼 수 있는 디스플레이입니다 LCD에서 BLU는 마치 자동차의 엔진과 같이 정말 중요한 부품입니다. BLU에서 빛을 내보내 주지 않으면 아무것도 볼 수 없으니까요. 그런데 투명LCD는 BLU를 빼버린 디스플레이입니다.

그게 어떻게 가능하냐고요? 원리는 복잡하지는 않습니다. CCFL이나 LED라는 광원 대신 태양빛이나 실생활 속의 조명을 광원으로 사용하는 것입니다. 그럼 빛이 없는 밤에는 어떡하냐고요? 그때는 투명BLU를 이용합니다. 평상시에는 투명한 채로 있다가 밤이 되어 외부 빛을 이용할 수 없을 때에는 투명BLU를 On시켜 어두운 환경에서도 LCD의 영상을 볼 수 있습니다.

차별화된 디스플레이, 투명 LCD! 기존 LCD 대비 전력 소비 1/10

그럼, 실제로 각종 전시회에 선보였던 투명LCD 샘플 제품들을 보여 드릴게요.

*해당 영상은 사용기한 만료로 삭제되었습니다

▲46인치 스마트 윈도우 

*해당 영상은 사용기한 만료로 삭제되었습니다

▲22인치 투명 TV

*해당 영상은 사용기한 만료로 삭제되었습니다

▲ 46인치 투명 냉장고 도어

어떠세요? 영화 속 미래 디스플레이가 우리 앞에 성큼 다가온 거 같죠. 그럼, 투명LCD의 장점은 뭘까요?

여기서는 두 가지 정도 간단히 설명드릴게요.

먼저 저전력입니다. 외부 광원을 이용하는 상태에서는 기존 LCD 사용 전력의 약 10% 내외의 파워만으로 충분히 구동이 가능합니다. 어른 손바닥 2개 크기의 태양전지만 있어도 LCD 영상을 볼 수 있습니다. 그야말로 그린 테크놀로지(green technology)죠? 물론 야간과 같이 외부 광원이 없는 환경에서는 투명 BLU를 이용해야 하기 때문에 일반LCD정도의 전력이 필요합니다.

다른 하나는 LCD 뒤편을 볼 수 있기 때문에 사람과 사람, 사람과 사물간의 상호작용을 향상시킬 수 있습니다. 기존 디스플레이들과 차별화 되는 부분이죠. 예를 들어 쇼윈도에 투명LCD가 설치 되어 있으면 고객들은 영상도 보고 매장 안의 제품도 함께 볼 수 있습니다. 요즘 스마트폰을 통해 서비스되고 있는 증강현실과도 딱 맞는 기능이라고 할 수 있죠. 이런 특성으로 투명 LCD는 기존과는 다른 커뮤니케이션 및 정보전달 도구로 사용될 수 있습니다.

투명 LCD 직접 체험해 보자!

근데 아직 투명LCD를 실제로 보신적이 없다고요? 그런 분들을 위해 투명LCD를 직접 보실 수 있는 곳을 알려드릴게요^^(단 전시 장소 사정에 따라 제품이 없을 수도 있는 점 양해 부탁드려요 ㅠㅠ)

이외에도 딜라이트에는 현재 다양한 투명 제품들이 여러분을 기다리고 있습니다. 리움의 투명LCD가 예술작품과 잘 어울리는 것 같은데요. 투명LCD를 직접 보고 싶으신 분들에게 좋은 참고가 될 거 같습니다.

지금까지 이제 막 세상에 나와 빛을 보고 있는 투명LCD를 소개해드렸는데요. 최근 삼성전자의 투명 LCD는  2012 CES에서 최고혁신상(Innovations Award)를 수상했습니다. 앞으로 삼성전자의 투명LCD가 단순히 영화나 미래 콘셉트 제품이 아니라 우리 실생활 여기저기에 쓰여질 날들이 기대됩니다.

※ 본 블로그에 게시한 글은 개인적인 것으로 삼성전자의 입장, 전략 또는 의견을 나타내지 않습니다.

LED 연구개발에 착수한 것은 2007년 11월. LED TV 개발은 전자 VD사업부 개발2그룹과 메카그룹의 50여 명의 엔지니어들이 주축을 맡았다. 50여 명의 팀은 다시 회로파트(김광연 수석), 패널파트(송영란 수석), 기구파트(정성수 수석), 파워보드 파트(장길용 수석) 등으로 나뉘었다. LCD사업부에서는 박진혁 상무가 총 책임자가 되었다. 이들이 한 자리에 모여 가장 먼저 논의한 사안은 ‘얼마나 슬림해야 하는가?’에 대한 기준점을 찾는 것이었다.

‘1인치로 끊어 보자’는 상품기획팀의 요구와 ‘손가락 굵기는 넘지 않겠다’는 개발자들이 숙고하며 찾아낸 최종 합의점은 ‘두께가 30mm를 넘지 않게 하겠다’는 것이었다.

“볼펜보다 얇게 만들어 오게, 그 다음은 내가 책임지겠네.”

상품기획 보고를 받은 윤부근 사장은 시장을 창조할 수 있을 거라 확신했다. 컨셉에 대한 자신감을 얻은 엔지니어들은 ‘볼펜보다 얇은’ 20mm대의 초슬림 TV를 구현하기 위해서는 LED를 백라이트 유닛(BLU) 전체에 바둑판 모양으로 촘촘하게 배치하는 기존의 ‘직하형’ 구조 대신 LED를 백라이트 유닛 테두리에 두르는 ‘에지형(Edge)’ 기술을 취해야 한다는 데 쉽게 합일점을 찾았다.

직하형은 특성상 에지형에 비해 백라이트가 50mm 두꺼워질 수 밖에 없었다. 무엇보다 에지형은 소모되는 LED 양이 적어 완제품 가격을 저렴하게 할 수 있다는 것이 LED TV의 상용화에 결정적인 역할을 할 수 있었다.

그 때까지 에지형 기술은 휴대폰·내비게이션 등 중소형 애플리케이션용에만 적용되어 있었다. 두께와 소비전력, 가격 모두 에지형이 유리하지만 그만큼 고도의 기술력을 필요로 했기에 대형 사이즈에서는 그 어떤 기업도 성공한 사례가 없었다.

특히 이번 프로젝트의 성공 여부는 전적으로 에지형의 문제점인 ‘열을 어떻게 효과적으로 분산시킬 것이냐’에 대한 매듭 풀기에 달려 있었다. 경쟁업체에서 40인치 이상 에지형 구조의 LED TV 제품을 내놓지 못하는 것도 모두 이 열 문제를 해결하지 못해서였다.

대형 패널에 구현할 경우 두께가 얇아 열이 발생하면 뒤틀림이 발생할 수도 있었고, 열 균일도가 틀어지면 화질이 나빠지기 때문에 열 분산 문제를 해결하면 성공 열쇠를 쥔 것이나 다름없었다. 이를 위해 삼성전자의 열 해석 전문가가 직접 나섰다.

“가장 기본으로 돌아가 봅시다. 열은 낮은 곳에서 높은 곳으로 올라가는 습성이 있잖아요. 그런데 기존 패널에는 열을 많이 발생시키는 부위인 영상보드 T-Con이 맨 위쪽에 부착되어 있습니다. 반전설계를 해서 영상보드 T-Con을 아래로 내린다면 어떨까요? 아마 10℃ 이상은 충분히 낮출 수 있을 겁니다.”

테스트 결과는 반신반의했던 엔지니어들을 놀라게 하기에 충분했다. 설계를 다시 하지 않고 도광판을 돌려 위아래 방향만 바꾸었을 뿐인데 열이 16℃나 떨어진 것이다.

해결 실마리가 보이기 시작하자 엔지니어들의 창조적인 도전은 급물살을 탔다.

발열을 줄이기 위해 TV 회로를 감싸는 패널 뒷면에 공기가 순환되도록 ‘Air Pipe(공기통로)’를 적용했고, 기구팀에서는 LED의 전극을 직접 외부와 연결하는 Heat Sink(열 발산판)방식을 적용해 방열(放熱) 효율을 향상시켰다. 또 얇은 패널에서 발생할 수 있는 뒤틀림 현상을 해결하기 위해 알루미늄 패널을 프레스 형으로 설계, 강도를 극대화했다.

수많은 부품으로 이뤄져있다 보니 각 개발 파트의 긴밀한 협조도 중요했다. 이를 위해 연구진은 ‘와글와글 미팅’을 도입했다. 와글와글 미팅은 각 분야의 전문가들이 모여 의견을 교환하는 일종의 두뇌 미팅이다. 개발 기간 동안 수십 번의 와글와글 미팅이 이뤄졌고, 이 과정에서 수많은 아이디어들이 도출됐다.

후발 주자가 따라올 기회를 열어 주며 조금씩 앞서는 것이 아니라 감히 따라오지 못할 수준의 원천기술을 개발해 브랜드파워 1위에 올라서겠다는 윤부근 사장의 다짐은 현실이 되어가고 있었다.

놀라울 만큼 순조로웠던 에지형 LED 개발은 양산을 두 달 앞둔 12월 마무리 시점에 이르자 기어이 대형 사고가 터지고 말았다.

“코너 부분을 놓쳤어요. 코너 부분에 빛샘 현상이 나타나고 있습니다.”

LED가 맞닿는 부분인 모서리의 4개 부분에 희미하게 빛이 새는 현상이 발생한 것이다. 원인은 온도 편차 때문이었다. 열 분산을 최소화하기 위해 구조를 다시 만들고, 형상을 변경시키는 등 수백 가지의 아이디어를 쏟아 내며 테스트를 거듭했다.

VD사업부와 메카그룹 엔지니어들이 함께 모여 끝도 없는 밤샘작업을 시작한지 한 달쯤 지났을 때, 연구원들은 빛샘 현상이 나타나는 모서리 부분에 적용되어야 할 최적의 온도편차를 도출해냈고, 수십 번의 테스트를 거쳐 새나가는 빛을 철벽 수비하는 데 성공했다.

엔지니어들은 여기서 한 걸음 더 나아갔다. 전자제품이지만 수은·납 등이 전혀 없는 친환경 소재를 적용했고, 전력 소모면에서도 55인치 LED TV 전기료를 32인치 LCD TV 수준으로 줄여 40% 이상 에너지 절감 효과를 거두는 데 성공했다.


LED TV에 들어간 부품은 전부 새로 설계되었고, 그러한 노력의 결과 1,100건의 핵심특허를 확보하기에 이른다. 선발주자는 아니지만 설계에서 패키지까지 모든 기술을 보유하고 있는 곳은 삼성전자가 유일하다.

2009년 3월 17일, 국내와 유럽을 시작으로 북미, 중국, 동남아 등 글로벌 시장에 등장한 세계 최초의 대형 LED TV 6000/7000 시리즈는 출시 50일 만에 20만 대 판매 돌파 기록을 세우며 지난해 전 세계 LED TV 시장 규모 19만 대를 가뿐히 뛰어 넘었다.

이는 경…쟁기업들의 예상을 뒤엎고 훨씬 빠른 속도로 성장하고 있는 LED산업을 미래먹거리로 선점해둔 결과였다.

또한 2006년 40인치 RGB LED TV 개발을 시작으로 2007년 70인치 White LED TV를 개발해낸 삼성전자의 하이엔드 기술력이 없었다면 지금의 성공을 확신하긴 어려웠다.

VD사업부와 메카그룹 엔지니어들은 ‘아직 보여 줄 것이 더 많이 남았다’고 말한다. ‘상상할 수 있는 모든 빛을 LED로 구현하겠다’고 공헌하는 삼성전자는 이제막 2쿼터에 들어섰을 뿐이라고 말한다

다음편에도 계속해서 도전정신이 살아있는 흥미진진한 이야기들 알려드리도록 하겠습니다~!