온디바이스 AI 시대, 디스플레이 경쟁의 향방

SK에코플랜트의 생성형 AI를 활용해 요약·편집한 내용입니다
AI 기술 확산으로 기기 자체에 AI 기능이 탑재된 이른바 ‘온디바이스 AI 기기’ 시장이 확대되면서, 디스플레이 산업에서 ‘OLED(유기발광다이오드)’ 기술이 새롭게 주목받고 있다. 전력 효율과 구현 유연성을 동시에 갖춘 디스플레이의 중요성이 커지고 있기 때문이다. 특히 OLED 핵심 소재인 ‘블루 도판트’ 기술 경쟁도 치열해지는 가운데, SK머티리얼즈제이엔씨는 OLED 발광 소재 분야에서 존재감을 키우고 있다. 현 디스플레이 기술의 발전 방향과 그 핵심 기술에 대해 짚어보자.


(출처: 어도비 스톡)

 

2026년 초 미국 라스베이거스에서 열린 ‘CES(소비자 가전 전시회) 2026’. 국내 한 유력 디스플레이 기업은 ‘A New Era of Experience, Powered by AI & Display(AI와 디스플레이가 함께 만들어 내는 새로운 경험의 시대)’라는 슬로건을 내 걸었다. 짧은 캐치프레이즈지만, 디스플레이 산업의 좌표가 어디로 옮겨가고 있는지를 꽤 압축적으로 보여 준다.

지난 십 수 년간 디스플레이 시장에선 ‘남들보다 더 큰 화면’을 만들기 위해 경쟁해 왔다. 비단 TV나 모니터뿐 아니라, 휴대용 스마트 기기도 ‘이왕이면 조금이라도 더 큰 디스플레이’를 붙이기 위해 애쓰곤 했다. 스마트폰 대중화를 열었던 아이폰 1세대 디스플레이 크기는 8.89㎝(약 3.5인치)였으나 현재는 화면은 최대 17.42㎝(약 6.9인치, 아이폰 17프로맥스) 수준까지 커졌다. 휴대용 노트북 컴퓨터도 40.6㎝(약 16인치)를 넘어서는 모델이 대세다.

그러나 인공지능(AI)이 클라우드 서버를 떠나 스마트폰과 노트북, 태블릿 안으로 직접 들어오기 시작하면서 디스플레이 시장의 경쟁 흐름도 새롭게 흔들리고 있다. ‘면적의 시대’를 지나 이젠 ‘효율의 시대’로 접어들고 있기 때문이다.


(출처: 어도비 스톡)

사용자와 소통할 수 있는 노트북, 태블릿PC, 스마트폰 등 ‘스마트 기기’는 자체 AI 기능이 고도화 될수록 예외 없이 고성능 디스플레이가 필요하다. 이 같은 장비는 ▲디스플레이, ▲AP(스마트폰의 '두뇌'에 해당하는 핵심 시스템 반도체로, 계산장치, 화면처리장치, 통신장치, 인공지능연산장치 등이 하나의 칩에 통합한 것), ▲기타부속장치(저장장치나 스피커, 각종 센서 등) 순으로 전기를 소모한다. 특히 디스플레이의 경우 30~50%까지 전기를 소모하는데, 이는 스마트 기기 사용 시간을 떨어뜨리는 가장 큰 요인으로 꼽힌다. 즉 스마트폰 화면에서 소모되는 전력을 낮출 수 있다면, 이 전력을 통해 스마트 기기의 AI 연산 능력에 활용할 수 있다는 의미로도 통한다.


가장 현실적인 저전력 디스플레이

그렇다면 현 상황에서 어떤 방식의 디스플레이가 가장 전력 효율이 뛰어날까. 정답은 콕 찍어 ‘유기발광다이오드(OLED)’이다. 또렷한 화질을 구현한 디스플레이 기술은 여러 종류가 개발돼 있다. 전통적인 LCD(액정디스플레이) 기술, 초소형 LED 입자를 이용한 마이크로 LED 기술, 양자 현상에 의한 발광을 이용하는 퀀텀닷(Quantum dot, 양자점) 디스플레이 기술 등이다.


브라운관 TV 모습 (출처: 어도비 스톡)

LCD 방식은 과거 두껍고 무거운 브라운관 TV 디스플레이의 한계를 극복하며, 얇고 가벼운 평판 디스플레이의 대중화를 이끈 기술로 평가된다. 그러나 전력 효율면에서는 결코 높은 점수를 받기 어려운데, 화면을 표시하기 위해 ‘백라이트’라는 별도의 광원을 사용해야 하기 때문이다. 강한 빛을 뒤에서 비추고, 그 위에 액정으로 다시 영상을 표시한다. 즉 액정 패널을 뚫고 나온 빛을 보는 방식이다. 따라서 완전한 검은 색 표현이 어렵고, 전체적으로도 물 빠진 색감이 나는 단점이 있다. 물론 최신기술이 적용된 LCD는 이런 단점을 여러 가지 방법으로 최대한 보완하고 있으나, 다른 첨단 디스플레이에 비해 전력 소모가 클 수밖에 없다.

 

‘마이크로 LED’ 기술은 백라이트 없이 수백만 개의 초소형 LED를 직접 발광하는 기술로, 이론적으로는 OLED보다 전력효율이 높을 수 있으나 현실에선 사정이 다르다. 대형 TV 등으로는 실용화돼 있는데, 제조 과정상 문제로 전류 밀도가 낮아지면서 빛으로 전환되는 효율이 급격히 떨어지는 ‘에피(Epi, Epitaxial Growth) 효율 저하’ 현상이 발생하는 경우가 많다. 또한, 수백만 개의 초미세 LED를 개별적으로 제어하기 위해 복잡한 전자 회로가 필수적이다. 이 회로 자체에서 발생하는 상시 전력 소모 비중도 높다. 더구나 작은 발광소자 하나하나를 디스플레이 장치에 붙여 나가는 식으로 제작해야 하므로, 스마트 기기용 소형 디스플레이를 마이크로 LED 방식으로 만들려는 시도는 찾아보기 어렵다.

이론적으로 가장 뛰어난 디스플레이는 ‘퀀텀닷’ 방식이라는 데 이의를 제기할 사람은 찾기 어려울 것이다. 퀀텀닷은 나노 크기의 초미세 반도체 입자를 의미하는데, 빛이나 전기를 가하면 입자 크기에 따라 색이 달라지는, OLED와 같이 자체 발광하는 특징을 가지고 있어 차세대 나노 소재 기술로 불리고 있다. 그러나 현재 기술적 난제로 완전한 퀀텀닷 디스플레이는 상용화 되어 있지 않다. 시중에 ‘퀀텀닷 디스플레이’라는 이름을 붙인 제품이 판매되고는 있는데, 이는 퀀텀닷의 일부 기능만을 활용하는 경우다. QLED(퀀텀닷 필름을 얹은 LCD)나 QD-OLED(퀀텀닷 색 변환 필터를 추가한 OLED) 등이 모두 이런 종류다.


다양한 사용 환경에서 LCD 디스플레이와 OLED 디스플레이의 전력 사용량 차이. 흰 화면 모드에선 큰 차이가 없으나 그 이외에 거의 모든 상황에서 3배 이상의 전력 사용 차이를 보인다. (출처: IEEE)

반면 OLED는 완벽하게 실용화돼 있으며, 백라이트 필요 없이 OLED 소자만으로 모든 색의 빛을 낸다. 백라이트가 필요 없으므로 디스플레이를 극도로 얇게 만들 수 있다. 특히 접거나 구부릴 수 있는 ‘플렉서블 디스플레이’를 만들 때도 유리하다. 현재 기준으로 OLED를 제외하면 플렉서블 디스플레이 제품을 실제로 제작·판매할 방법을 찾는 것이 쉽지 않다. 실제로 LCD와 AMOLED(능동형 OLED) 디스플레이를 탑재한 스마트폰을 비교 분석한 결과, 흰 화면 모드를 제외한 거의 모든 상황에서 LCD가 AMOLED 보다 3배 이상의 전력 사용을 보인다는 연구결과가 있다. ‘온 디바이스 AI’ 기기에 대한 수요가 급격하고 높아지고 있는 상황에 OLED는 필수적 선택이 될 수밖에 없는 셈이다.

 

OLED 약점 보완할 수단 있을까

물론 OLED도 약점은 있는데, 대표적인 것이 장시간 사용하면 색상이 점차 변하는 ‘번인(Burn-In)’ 현상이다. 디스플레이의 수명이 상대적으로 짧다는 의미다. 과거보다는 여러 면에서 개선됐지만, 앞으로도 지속적인 개선이 꼭 필요한 분야다.

디스플레이 장치로 다채로운 색상을 구현할 수 있는 이유는 빛의 삼원색인 빨간색(Red)과 초록색(Green), 파란색(Blue)을 밝히는 초소형 전구(서브픽셀)가 빼곡하게 덮여 있기 때문이다. RGB 서브픽셀 3개를 하나로 묶어 어떤 색이든 표현할 수 있게 만든 최소 단위를 ‘화소(픽셀)’라고 부르는데, 디스플레이 해상도를 가늠하는 기준이 된다.


SK머티리얼즈제이엔씨의 블루 도판트 소재

흔히 ‘디스플레이를 만들 땐 파란색이 가장 큰 문제’라는 이야기를 자주 하는데, 이는 파란빛이 파장이 짧고 에너지가 커 만들기가 가장 까다롭기 때문이다. 일반적인 ‘LED’ 조명을 만들 때도 파란색이 가장 큰 문제가 됐었다. 2014년 일본인 과학자 3명이 노벨물리학상을 공동 수상한 것도 ‘파란색 LED’를 개발해 냈기 때문이었다.

이 문제는 OLED에서도 그대로 드러난다. OLED로 파란색을 낼 수 있지만, 에너지가 상대적으로 커서 내부의 유기 첨가물, 이른바 ‘도판트(Dopant)’의 분자 결합이 상대적으로 더 잘 파괴된다. 이것이 OLED가 가진 번인 현상의 원인이다.

도판트 제조 기술은 전력 효율 면에서도 큰 가치가 있다. 디스플레이에서 흰빛을 만들려면 RGB 세 색이 동시에 발광해야 하는데, 파란색만 일찍 열화되면 당연히 색상에 변화가 생긴다. 이 때 제대로 된 색을 내려면 파란색 서브픽셀에 더 많은 전류를 흘려야 하므로, 전력 소모가 증가할 수 밖에 없다. 즉 파란빛을 내는 고효율 블루 도판트 제조 기술을 확보하는 것은, AI시대에 적합한 고효율 디스플레이를 만드는 가장 빠르고 확실한 방법이 될 수 있다.

 

고효율 블루 도판트 기술, ‘온디바이스 AI’ 시장 성패 가른다

고효율 블루 도판트를 새롭게 만들기 위해선 물질의 분자 구조부터 새롭게 연구해야 하므로 사실상 기초과학의 영역에 해당한다. 최근 OLED 소재 업계에서 ‘보론(Boron, 붕소)계 블루 도판트’가 주목받고 있다. 붕소를 분자 골격에 도입해 좁은 발광 스펙트럼과 높은 효율을 동시에 끌어내는 설계 전략이 차세대 블루 도판트 개발의 최적 방안으로 떠오르고 있다.


SK머티리얼즈제이엔씨 블루 도판트 소재

해당 기술은 국내 기업 ‘SK머티리얼즈제이엔씨’가 독보적이다. SK에코플랜트 자회사 SK머티리얼즈제이엔씨는 OLED 소재 전문법인으로, 뛰어난 보론계 블루 도판트의 기술을 확보하고 있다. 동시에 도판트 외에도 정공수송층(HTL)·전자수송층(ETL) 등 OLED 제작에 필요한 다양한 소재 분야로 사업 영역을 확장하고 있다. 수입 의존도가 높았던 OLED 핵심 소재의 국내 생산을 이끌어간다는 측면에서도 의미가 작지 않다.

모기업인 SK에코플랜트 역시 최근 AI 분야 종합 인프라 기업으로 거듭나고 있다. 반도체 제조시설, 산업가스, IT자산처분 서비스 등 다양한 분야 사업을 적극적으로 내재화하고 있다. 데이터센터와 AI 인프라 사업도 그 연장선에 있다. 여기에 OLED 핵심 소재 회사인 SK머티리얼즈제이엔씨가 더해지면서, AI 인프라의 안쪽(반도체·데이터센터)과 AI 단말의 바깥쪽(디스플레이 소재)을 동시에 아우르는 구조로 확장하고 있는 셈이다. 반도체와 디스플레이는 첨단 산업이 발전할수록 함께 시장이 커질 수밖에 없는 관계라는 점에서, 이 결합은 단순한 사업 다각화를 넘어 ‘AI 시대’에 대한 거시적 포석으로 볼 수 있다.

OLED 발광 소재 시장은 글로벌 시장조사기관들이 일제히 빠른 성장을 점치는 영역이지만, 진입 장벽은 그만큼 높다. 분자 설계 IP, 양산 수율, 고객사 인증 사이클까지 어느 한 가지도 단기간에 따라잡기 어렵다. 특히 파란색이라는 가장 까다로운 영역에서 원천 IP(지식재산, Intellectual Property)와 양산 능력을 동시에 확보한 기업은 세계적으로도 손에 꼽힌다.

AI가 클라우드를 벗어나 사용자의 거실 벽, 무릎 위, 손바닥 위까지 ‘온디바이스 AI 시대’로 다가오면서, 이제는 AI 인프라의 정의도 함께 확장될 필요가 있다. 사용자가 매일 들여다보는 화면, 그 화면을 켜는 극미량의 유기물, 그 유기물의 분자 골격을 설계할 수 있는 역량. 이 모든 것이 ‘새로운 시대의 AI 인프라’로서 주목할 필요가 있지 않을까.

 



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