가상현실(VR)이 현실 속으로 성큼 들어오면서 더욱 현실감 있는 영상을 구현하기 위한 차세대 디스플레이 기술로 '마이크로 LED'가 주목받고 있다.
현 단계에서 VR용 HMD를 위한 디스플레이로는 유기발광다이오드(OLED)가 우세하다. OLED는 이미 대량 양산이 가능한 수준으로 기술력이 성숙했고, 기존 액정표시장치(LCD)로는 화질과 고속 구동 주파수 면에서 VR이 필요로 하는 스펙을 따라잡기 힘들다. OLED도 VR이 요구하는 높은 해상도와 응답속도 요구에 맞춰 발전하고 있지만, 한계가 있다는 평가다. OLED 소자를 유리 기판이 아닌 실리콘 기판에 올려 해상도를 개선한 OLEDoS가 대안으로 제시되지만, 현 시점에서는 VR을 위한 OLED의 대체재 성격이 강하다.
이정노 전자부품연구원 센터장은 18일 한국미래기술교육연구원이 개최한 '마이크로 LED 디스플레이의 기술 이슈와 시장 현황 세미나'에서 "스마트폰을 이용한 현재의 HMD 방식에서는 한정된 해상도의 화면을 렌즈를 이용해 가까이서 보면 스크린 도어 현상(픽셀과 픽셀 사이가 그물망처럼 보이는 현상)이 발견된다"며 "HMD의 무게가 무겁고, 소비전력도 장시간 사용하기 힘든 수준이라는 점도 VR 시장 확대에 걸림돌로 지적된다"고 말했다.
마이크로 LED는 기본적으로 LED과 구조는 비슷하지만, 크기를 마이크로미터(㎛, 100만분의 1m)로 줄인 초소형 LED를 말한다. 마이크로 LED를 원하는 크기의 기판 위에 배열하면 OLED만큼 높은 명암비와 빠른 응답시간을 구현하면서도 OLED보다 더 밝은 휘도와 낮은 전력 소모량을 갖춘 디스플레이를 만들 수 있다. LED의 크기를 줄이면 줄일수록 픽셀 밀도도 더 높일 수 있다. 다양한 VR용 HMD 제조사의 요구에 맞게 주문 제작하는데도 유리하다.
글로벌 VR 및 웨어러블 관련 기업은 일찍이 마이크로 LED의 잠재력에 주목했다. 애플은 2014년 마이크로 LED 업체 럭스뷰테크놀로지를 인수했고, VR 전문 기업 오큘러스도 지난해 인피니LED라는 마이크로 LED 업체를 인수했다. 소니와 재팬디스플레이도 마이크로 LED 원천기술 확보에 뛰어든 상태다. 국내에서는 최근 삼성전자가 대만의 마이크로 LED 업체 플레이니트라이드 인수를 추진 중이라는 소식이 흘러나왔다.
단, 마이크로 LED 디스플레이 상용화를 위해서는 기술적으로 해결해야 할 과제도 많다. 현재 풀 HD로 불리는 1920×1080 해상도를 R(적색)·G(녹색)·B(청색)로 구현하기 위해서는 620만개의 서브픽셀이 필요하다. 이 숫자는 4K 해상도에서 2480만개, 8K 해상도에서는 1억개로 네 배씩 늘어난다. 4인치 웨이퍼를 기준으로 10㎛ 칩을 증착하면 5000만개의 픽셀 구현이 가능하다. 적어도 5㎛까지 LED를 소형화해야 1억4000만개의 픽셀을 담아낼 수 있다. 더 큰 웨이퍼를 이용하면 낮은 공정에서도 많은 픽셀을 구현할 수 있지만, 수율 문제가 남는다.
작은 LED를 기판 위에 올리는 작업도 만만찮다. 현재 초소형 LED를 기판 위에 옮기는 기술로는 LED를 직접 나르는 방식과 유체를 이용해 대량으로 찍어내는 방식, 기판 일체형으로 LED를 제작하는 모놀리식(monolithic) 등의 기술이 개발되고 있다. VR용 HMD에 필요한 디스플레이는 눈에 근접하기 때문에 1~2인치 크기면 충분하다는 점에서 소형 기판에 적합한 양산 기술을 중심으로 생산성을 높이는 연구가 이뤄질 전망이다.
이정노 센터장은 "그동안 국내 산업계와 정부 연구개발(R&D) 프로젝트가 OLED에 집중돼 상대적으로 마이크로 LED에는 소홀했던 게 사실"이라며 "마이크로 LED는 VR 등 소형 디스플레이에서 요구되는 높은 픽셀 밀도와 이미지월 등 대형 디스플레이에서 요구되는 디자인 측면에서 장점을 두루 갖추고 있어 이 두 가지를 내세워 시장을 형성할 것으로 전망된다"고 말했다.