디스플레이의 떠오르는 별, Micro LED

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현재 디스플레이 시장은 LCD가 터줏대감 역할을 톡톡히 하고 있지만 OLED가 무섭게 추격하고 있는 상황입니다. LCD와 OLED가 메인 자리를 놓고 대결을 벌이는 가운데, 2017년 CES(국제전자제품박람회)에서 ‘Micro LED’가 소개되면서 새로운 차세대 디스플레이에 전 세계의 이목이 집중되었는데요. 지금부터 영하이라이터와 함께 Micro LED란 무엇이고, 왜 각광받고 있는지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 
 
 

Micro LED 어느 별에서 왔니?

  

  

지난 1월 열린 CES2018에서는 새로운 차세대 디스플레이가 소개되어 많은 사람들의 이목을 끌었습니다. 이는 세계 최초 146인치 Micro LED TV로, Micro의 ‘초소형’과 146인치라는 ‘초대형’이라는 서로 상반된 타이틀과 화려한 디스플레이로 매력을 뽐냈는데요.


이 초대형 TV에 들어간 Micro LED는 기존 LED와 비슷한 구조지만 10~100마이크로미터(µm) 크기의 초소형으로 LED 대비 1%의 크기를 자랑합니다. 이외에도 Micro LED만의 차별성은 다양합니다. 기존 디스플레이는 화면을 밝히기 위한 발광체로 백라이트유닛(BLU)을 사용해 큰 부피와 낮은 명암비 등의 아쉬움을 남겼습니다. 반면 Micro LED는 화면의 화소를 나타내는 픽셀을 마이크로 사이즈로 채택해 빛의 3색인 RGB(Red, Green, Blue)를 스스로 뿜어내는 자발광 디스플레이입니다. 때문에 작은 부피와 높은 명암비, 그리고 단위면적당 더 많은 화소수를 넣을 수 있는 고해상도를 자랑합니다. Micro LED는 이처럼 기존 디스플레이가 구현할 수 없었던 유연성, 경량화 등에서 큰 강점을 보고 있으며, 전력효율도 기존 OLED 대비 5배에 이르러 향후 여러 분야에서 활용 가능합니다. 그렇다면 Micro LED로 인해 우리는 어떤 변화를 맞이할 수 있을까요?

 

 
 

_ Micro LED가 떠오르는 별일 수밖에 없는 이유

 

 

하나플렉시블을 넘어 스트레처블까지 넘보다 

 

▲ Micro LED를 탑재한 스트레처블 디스플레이

(출처: www.holstcentre.com)

 

 

LCD는 백라이트를 발광원으로 이용하기에 스스로 발광할 수 없는 제약이 있습니다. 또한 백라이트는 그 두께와 경직성으로 인해 플렉시블(Flexible, 구부러지기 쉬운)로 나아가기 어려운 장애물이 되곤 합니다. OLED는 스스로 빛을 내는 자발광 유기화합물을 사용해 형태 측면에서 유리한 위치에 있지만, 현재 기술로는 유연성 확대에 제한이 있어 완벽한 플렉시블 디스플레이로 발전하기 어렵습니다. 


반면 Micro LED는 한층 다양한 종류의 소재를 기판으로 사용할 수 있어 플렉시블 디스플레이의 최종 단계인 ‘스트레처블 디스플레이(Stretchable Display: 화면이 탄력적으로 늘어나는 차세대 디스플레이)’ 구현에 절대적 우위를 차지하고 있습니다. 


또한 Micro LED는 LED 칩 자체를 발광 소재로 이용해 화면을 구현하므로 컬러 필터와 백라이트유닛이 필요 없는 단순한 구조입니다. OLED의 발광층에 들어가는 유기물 재료들은 특성상 수분 및 외부 환경에 민감해 봉지 공정이 필요했으나, 무기물인 Micro LED는 외부 환경에 강한 내성을 지녀 현존하는 디스플레이 중 플렉시블 구현에 가장 적합합니다.



크게 더 크게, 초대형 디스플레이 구현


▲ Micro LED 모듈화를 통해 제작 가능한 대형 디스플레이

(출처: pro.sony.com)

 

  

기존 LCD나 OLED는 전력 소모, 밝기 등의 문제 때문에 100인치 이상의 초대형 디스플레이 양산에 제약이 있습니다. 반면 Micro LED는 기존 디스플레이보다 훨씬 큰 100인치 이상의 초대형 디스플레이 구현할 수 있는데요. 실제로 CES 2017에 참여한 소니는 400인치 크기의 초대형 Micro LED 제품을 공개한 바 있습니다. 이처럼 초대형 디스플레이가 가능했던 핵심은 Micro LED만의 독특한 제조방식에 있습니다. 


Micro LED 소자를 기판 위에 배치하는 작업을 ‘전사’라고 하는데요. 이 전사 과정을 통해 만든 유닛(Unit) 디스플레이들을 하나의 모듈로 조립해 초대형 디스플레이를 탄생시킬 수 있습니다. 연결된 유닛 모듈의 수와 배치에 따라 원하는 크기와 형태로 자유로운 변형이 가능한데요. 이를 전문용어로 ‘폼팩터(Form Factor)가 자유롭다’고 합니다.

 

 

배터리 걱정 NO! NO! NO!

 

  • ▲ 높은 소비전력효율이 장점인 Micro LED는 모바일 디스플레이에 적용돼 배터리 문제를 개선했다.

 

 

휴대성을 염두에 두고 제작하는 모바일 기기들의 이슈 중 하나는 소비전력입니다. 사실 초기 모바일 기기의 이슈는 소비전력이 아닌 디자인, 속도, 해상도 등 외적 퍼포먼스에 집중됐습니다. 하지만 모바일 기기의 스펙 평준화와 다양한 기능이 추가되면서 소비전력은 중요한 이슈로 떠올랐습니다. 아울러 지속적인 소형화를 이뤄낸 모바일 기기들은 부피가 큰 배터리를 적용할 수 없는데요. 이런 상황을 타개할 방법이 저전력이며, 모바일 기기에서 가장 많은 전력 소비를 차지하는 디스플레이의 개선이 필요합니다. 


▲ 단순한 구조와 정밀한 온오프(ON-OFF)로 높은 소비전력효율을 갖춘 Micro LED

(출처: LEDinside)

 

 

배터리 문제를 해결해줄 답은 바로 Micro LED에 있습니다. Micro LED는 기존 디스플레이와 비교해 가장 높은 소비전력효율을 보이는데요. 그 이유 중 하나가 Micro LED의 심플한 구조입니다. Micro LED는 기존 디스플레이에 있었던 편광판, 봉지층 등이 없기에 얇은 구조를 가질 수 있는데요. 이 같은 구조는 적은 소비전력으로 같은 양의 빛을 통과시키며, 더 작은 픽셀 제어로 정말 필요한 부분만 밝힐 수 있습니다. 소비전력효율 측면에서 Micro LED는 OLED 대비 5배 정도 높은데요. 이쯤 되면 배터리 걱정은 한시름 놓을 수 있겠죠!

 

 
 

Micro LED와 함께하는 세상

 

 

하나현실처럼 생생한 VR 경험

 

▲ Micro LED을 통해 현실감이 한층 높아진 VR 경험

(출처: Pixabay.com)

 

 

4차산업의 핵심요소 중 하나인 VR(가상현실) 분야는 현실처럼 생생한 영상을 충족시키기 위해 새로운 디스플레이 기술에 주목하고 있습니다. 우선 VR기기와 눈의 거리가 5cm 정도로 매우 짧기에 디스플레이는 높은 해상도와 반응속도(ms)를 만족시켜야 합니다. 기존 LCD 디스플레이는 백라이트를 간접 광원으로 사용하기에 다른 디스플레이 대비 저조한 반응속도를 보이는데요. 이로 인해 움직임이 빠른 화면에 잔상 또는 화면 깜빡임 문제가 발생하며 사용자는 어지러움과 피로감을 느낄 수 있습니다. 


한편 OLED는 색재현율, 명암비, 응답속도, 디자인, 무게 등 모든 측면에서 LCD보다 우위에 있어 VR기기에 우선적으로 채택되고 있습니다. 하지만 VR이 요구하는 대부분의 요건을 충족시킨 OLED도 해상도 부분에서는 아쉬움이 있다고 합니다. 


현재 VR기기의 이슈로 떠오른 현실감과 어지러움을 해결하려면 해상도가 높아야 하는데(최소 1000ppi 이상) OLED는 600ppi 수준인 반면 Micro LED는 2,000ppi가 넘는 초고해상도로 VR기기가 요구하는 화질을 충족시킬 뿐만 아니라 반응속도도 나노스케일의 초단위(ns)로, VR기기의 새로운 대안으로 급부상 중입니다. 



내 몸에 꼭 맞는 초소형 웨어러블 디바이스 탄생

 

▲ Micro LED를 적용해 특허 출원한 구글의 스마트 글라스

(출처: trendspectrum.co.kr)

 

 

소형화로 인한 높은 전력효율, 웨어러블로 인한 높은 내구성 등 웨어러블 디바이스의 자격요건은 까다롭습니다. 하지만 Micro LED가 적용된다면 이야기는 달라지겠죠. 대표적 사례로 안경에 스마트 기능을 접목시킨 ‘스마트 글라스’가 있습니다. 기존 디스플레이로 스마트 글라스를 제작하면 몇 가지 문제가 발생하는데요. 두툼한 두께로 인해 자유롭지 못한 폼팩터, 저조한 밝기, 만족스럽지 못한 전력효율과 내구성 등입니다. 


Micro LED는 기존 디스플레이의 한계들을 충족시키기에 애플, 구글 같은 기업들은 Micro LED를 이용해 스마트 글라스를 개발하고 있습니다. Micro LED를 통해 실제 안경처럼 얇고 선명한 스마트 글라스를 만들 수 있다니 벌써부터 기대가 되시죠? 

 

 

베젤리스로 옥외광고에 혁신을! 디지털 사이니지 등장

 

  • ▲ 기존 디스플레이로 디지털 사이니지를 제작 시 베젤이 남는다는 단점이 있다.

    (출처: flicker)

  • ▲ 유닛 Micro LED 조립으로 베젤리스의 대형화면을 만들 수 있다.

    (출처: pro.sony.com)

 

 

디지털 사이니지는 디지털 정보 디스플레이를 이용한 옥외광고를 의미하는데요. 유동 인구가 많은 공항, 역사 등에서 쉽게 접할 수 있습니다. 현재 디지털 사이니지에 가장 많이 적용된 디스플레이는 LCD 패널이지만 베젤(테두리)과 좁은 시야각 등이 단점으로 꼽힙니다. Micro LED는 이 같은 단점을 보완해줄 새로운 대안으로 주목받고 있습니다. 


먼저 1,000,000 대 1 이상의 놀라운 명암비를 자랑하는 Micro LED는 주변의 광 반사를 최소화해 명암비와 시야각을 극대화합니다. 스마트폰처럼 작은 디스플레이는 시야각이 별로 중요하지 않으나, 정보 전달 같은 목적성을 지닌 대형 디스플레이는 시야각이 중요한데요, Micro LED는 거의 동일한 밝기로 180도의 시야각을 제공합니다. 


또한, Micro LED는 베젤리스(Bezel-less) 유닛 디스플레이의 결합으로 대형 화면 제작이 가능하고 유닛 디스플레이 간 색상이 균일해 여러 개 모듈이 들어가도 하나의 디스플레이처럼 보이도록 합니다. 더불어 Micro LED의 가장 큰 장점 중 하나인 각 소자의 개별 작동으로 높은 해상도와 전력효율을 나타냅니다.


 

Micro LED는 기존 디스플레이의 한계를 넘어서는 많은 강점을 지녔기에 다양한 활용이 예상됩니다. 그러나 Micro LED가 기존 디스플레이를 뛰어넘기 위해서는 바르고 정확한 전사 기술을 해결해야 하는 과제도 안고 있습니다. 무궁무진한 잠재력을 품고 있는 Micro LED가 비춰줄 미래, 벌써부터 기대됩니다.


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