[IT OLED] OLEDoS 와 미래 디스플레이 기술 근황

 

 

 

 

OLEDoS 와 미래 디스플레이 기술 근황 (느낌이블로그)

 

 

 

최근 애플의 비전프로에 적용된 신기술들이 세상의 관심을 받고있습니니다.

 

애플은 다음달 2일 미국에서 비전프로를 출시할 예정인데요.

 

애플에 따르면 비전 프로의 가격은 256GB 기준 3499달러(약 460만원)입니다.

 

과연 비전 프로는 혁신적이고 마법 같은 사용자 인터페이스로 우리가 컴퓨터로 검색하는 방식을 재정의할 수 있을까요?

 

최근 애플의 성장 전망을 둘러싼 우려가 커지고 있는 만큼, 비전프로가 새로운 전환점이 될 수 있을지 시장의 관심이 집중되고 있습니다.

 

그렇다면 비전프로에 적용된 OLED 기술은 무엇인지, 또 향후 기술 발전 방향은 어떤지 알아보겠습니다.

 

 

 

마이크로 디스플레이의 정의와 종류

 

1) 마이크로 디스플레이란 1인치 안팎의 작은 화면 크기에 수천개의 픽셀을 집적시켜 초고해상도를 구현한 패널을 통칭하는 용어임.

 

2) 마이크로 디스플레이는 실리콘 웨이퍼 위에 올리는 디스플레이 소자에 따라 실리콘액정표시장치(LCoS), 마이크로 OLED(OLEDoS), 마이크로 LED(LEDoS) 등으로 나뉨.

 

3) 이러한  기술 명칭은 주요 기술 이름에 on Silicon 단어를 붙여서 부르는데 예를 들면, 실리콘 위에 OLED 기술을 결합한 마이크로 디스플레이는 OLED on Silicon (OLEDoS)라고 부름.

 

 

4) 마이크로 디스플레이는 크게 3가지 방식으로 구분되는데, 액정을 활용한 LCD 계열의 LCoS(Liquid Crystal on Silicon), OLED를 활용한 OLEDoS(OLED on Silicon) 그리고 LED를 활용한 LEDoS(LED on Silicon)가 있음.

 

5) LCoS는 1970년 최초로 등장해 가장 오래된 역사를 가진 기술로 빔프로젝터에 널리 사용돼 왔으며, 실리콘 웨이퍼에 기판을 만들고 그 위에 LCD를 구성한 방식으로 외부 광원을 액정 및 반사판에 투사해 구현함.

 

6) 최근 유명해진 OLEDoS는 실리콘 웨이퍼 기판 위에 OLED를 입히는 방식으로 컬러필터를 활용한 White OLED와 서브픽셀이 개별 발광하는 RGB 방식으로 나뉨.

 

7) OLEDoS는 LCoS와 달리 OLED가 자체 발광하는 방식이므로 별도의 외부 광원이 필요 없으며, 기판과 OLED의 응답속도가 모두 우수해 고화질 초고해상도 화면 구현에 유리함.

 

8) LEDoS는 실리콘 웨이퍼 기판 위에 무기물 소자인 LED를 입힌 방식으로, 자체 발광 방식이라 색재현률이 높고 OLEDoS 대비 높은 휘도를 구현할 수 있다는 장점이 있음.

 

4) 마이크로 디스플레이는 디스플레이의 전체 크기는 작지만 수십에서 수백 배 확대된 큰 화면을 보여줄 수 있기 때문에 가상현실(VR) · 증강현실(AR) · 혼합현실(MR)을 구현하는 핵심 기술로 주목받고 있음.

 

5) 실제로 삼성디스플레이는 마이크로 OLED 원천 기술 업체로 평가 받는 미국 이매진을 인수했었으며, 곧 출시예정인 애플의 혼합현실(MR) 기기 비전프로에는 올레도스(OLEDoS:OLED on Silicon) 기술이 채택됨.

 

6) 하지만 올레도스는 외부환경이 차단되는 가상현실(VR) 기기 정도에만 사용할 수 있으며, 외부환경이 보이는 증강현실(AR) 기기에는 휘도의 한계 등으로 채택되기는 어려움.

7) 이와같이 올레도스의 기술력은 한계가 있기 때문에 가까운 미래에는 올레도스에서 레도스(LEDoS)로 넘어가는 시기가 있을 것으로 예상되며, 현재까지 레도스는 백플레인 웨이퍼 쪽에 기술적 걸림돌이 있는 상황임.

 

8) 만약 현재 사용되는 반도체 공정을 적용해서 마이크로 LED 칩을 작게 만드는 동시에 특성 구현이 가능하다면 마이크로 디스플레이 기술 역사상 보지 못했던 초고해상도 화면 구현이 가능할 것임.

 

 

 

 

OLEDoS의 RGB 방식과 White 방식

 

1) 삼성디스플레이는 지난달 조직개편을 통해 OLEDoS 공정 개발과 사업화를 전담할 팀을 신설했으며, 팀 규모는 약 200명 이상임.

2) 팀의 목표는 OLEDoS 및 LEDoS(LED on Silicon) 양산으로 OLEDoS, LEDoS 모두 AR 및 VR 기기에 사용되는 마이크로 디스플레이에 포함됨.

 

3) 삼성디스플레이는 OLEDoS(OLED on Silicon) 개발 방향을 RGB 방식과 W 방식 모두 진행하는 투 트랙 전략을 취할 계획임.

 

4) 간단히 말하면 RGB 방식은 현재의 스마트폰용 OLED를 손톱만한 크기로 축소한 형태로 R/G/B 화소를 직접 유기물 증착을 통해 패터닝함.

 

 

5) 이에 비해 W 방식은 OLED TV 패널을 축소한 구조로, 황색과 색 유기물을 수직으로 쌓아 백색광을 만든 뒤, 색상은 컬러필터를 통해 구현하는 방식임.

6) 당연히 RGB 방식이 컬러필터를 쓰지 않는다는 점에서 색재현성과 소비전력이 유리하며, 같은 밝기의 빛을 낸다고 가정했을 때 컬러필터를 쓰는 W 방식의 소비전력이 더 높음. 

 

 

7) 그럼에도 불구하고 White OLED 양산을 고려하는 이유는 현재 기술로 1000 PPI 이상의 FMM 제작은 물론, FMM과 모재가 되는 인바(Invar) 시트를 제작하는 난이도가 급격히 올라가기 때문임.

 

8) 디스플레이 품질 측면에서도 RGB 방식이 유리하지만, W 방식의 OLEDoS는 컬러필터를 포토리소그래피 공정으로 구현한다는 점에서 PPI를 높이는 게 상대적으로 용이함.

9) 결국 AR⋅VR처럼 육안 바로 앞에 위치하는 디스플레이는 PPI가 2000~3000은 되어야 격자무늬 없는 자연스런 화면을 구현할 수 있기 때문에 업체들은 어쩔 수 없이 W 방식 OLEDoS를 택하는 것임.

10) 애플의 비전프로에는 일본 소니가 만든 OLEDoS가 탑재되는데, 이 역시 W 방식으로 양산한 패널이며 올레도스 양산 라인을 증설하고 있는 중국 BOE 역시 W 방식을 선택함.

11) 참고로 삼성디스플레이 OLEDoS 패널의 백플레인 역할을 하는 실리콘 기판 생산은 파운드리 사업부가 담당하고 있으며, 이는 OLEDoS 백플레인이 실리콘 웨이퍼라는 점에서 반도체 노하우를 빌려야 하기 때문임.

 

 

 

 

마이크로LED 양산 가능할까?

 

1) 마이크로LED는 크기가 100㎛ 미만인 LED를 뜻하며, 우리가 흔히 아는 자체적으로 빛을 내는 R/G/B LED 조합으로 픽셀을 구성해 사진과 영상을 표현하고 OLED보다 최대 100배 이상 밝아 야외 시인성이 뛰어남.

 

2) 또한 무기물  LED 소자가 스스로 빛을 내기 때문에, 유기물에 기반하는 OLED와 달리 번인 현상이 없으며 수명도 20년을 넘어감.

 

3) 최근 디스플레이 업계가 차세대 디스플레이 기술로 마이크로LED에 주목하고 있지만 높은 기술적 난이도로 아직 대중화된 상황은 아니며, 향후 TV 및 웨어러블 기기 등을 중심으로 빠르게 성장할 것으로 예상됨.

 

4) 시장조사업체 옴디아는 전 세계 마이크로LED 출하량은 올해 4만대 수준에서 2027년 1천622만대로, 2030년에는 5천170만대까지 증가할 것으로 전망했음.

 

5) 현재 마이크로LED 시장은 중국, 대만이 가장 앞서고 있으며, 중국의 CSOT, 삼안광전, 대만의 AUO 등이 대표적인 기업들로 꼽힘.

 

6) 이들 기업은 오랜 시간 축적해 온 LED 기술을 토대로 제품 생산 및 투자를 활발히 진행 중이며, 현지 정부 지원에 힘입어 관련 생태계를 빠르게 구축했다는 평가를 받고 있음.

 

7) 삼성디스플레이와 LG디스플레이 모두 차세대 AR 기기의 핵심 패널로 마이크로LED를 지목했으며, 관련 기술 개발에 사활을 걸고 있음.

 

8) 실제로 삼성디스플레이는 화소밀도 5000PPI 이상에서 화소간격은 5㎛ 이하, 적녹청 서브픽셀 3㎛ 이하의 패널 구현을 목표로 개발하고 있는 상황임.

 

 

9) 현재 AR 기기에는 마이크로OLED 패널을 채택하고 있지만, 기존 광학계가 바뀌지 않는다면 결국 가상현실 기기에 쓰이는 디스플레이는 모두 마이크로LED로 바뀔 것임.

 

10) 그러나 마이크로LED는 OLED 대비 동일면적 패널 가격이 3배 이상 비싸며, 제조 공정에서 불량을 최소화하는 것도 쉽지 않음.

 

11) 이는 초소형 LED 칩을 디스플레이 구동회로로 옮겨 심을 때, 화면 크기가 클수록 옮겨야 하는 LED 양이 많아 불량 발생 가능성이 높기 때문임.

11) 결국 마이크로LED 시장 성장은 기술 발전에 달려있으며, 패널 사이즈가 작고 PPI가 낮은 스마트 워치 위주의 성장이 먼저 이루어 질 것으로 예상됨.

 

12) 실제로 스마트워치에 들어가는 LED는 100만개가 넘지 않는 상황이며, 그에비해 TV는 1500만개가 넘어 불량 발생 위험 부담이 훨씬 큼.

 

13) 애플은 아이패드와 맥북에 OLED 탑재를 준비하고 있는 상황이며, 비전프로에 OLEDoS, 애플워치에는 마이크로 LED를 준비하고 있는 상황임.

 

14) 애플의 제품 전략을 트래킹 하다보면 디스플레이 시장의 미래를 가늠할 수 있기 때문에 항상 애플 신제품의 디스플레이 스펙 및 기술에 대해 관심을 가져야함.