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OLED 마이크로디스플레이

현재 여러 감각을 보조하는 XR 기기가 있지만, 가장 보편화된 XR 기기는 안경 혹은 머리에 착용하는 HMD(Head Mounted Display) 형태다. 이러한 XR 기기 제작에는 화면(디스플레이)의 해상도가 매우 중요하다. 디스플레이가 사용자의 눈 바로 옆 혹은 앞에 있기에, 스마트폰 디스플레이보다도 작은 면적에서 더 높은 해상도를 구현해야만 사용자의 몰입을 끌어낼 수 있어서다.

이를 위해 앞으로 XR 기기에는 유기발광다이오드로 이루어진 소형 디스플레이(OLED 마이크로디스플레이)가 주로 적용될 것으로 예상된다. OLED를 이용해 디스플레이를 제작하면, 기존에 널리 쓰였던 액정 디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display)보다 높은 화질을 구현할 수 있기 때문이다.

LCD와 OLED 구조 차이
(출처: LG 디스플레이 뉴스룸 https://news.lgdisplay.com/2015/02/lcd_oled2/)

LCD는 액체 성질과 고체 성질을 동시에 지닌 액정을 핵심 소재로 한다. 그러나 액정은 자체적으로 빛을 발산하지 못하고, 빛을 유도하기만 한다. 때문에 LCD에 이미지를 출력하려면, 빛을 제공하기 위한 백라이트^*와 다양한 색을 표현하기 위한 컬러필터가 필요했다. 화면 전환 또한 1/1,000초 단위로만 가능했다. 백라이트는 항상 켜져있고 액정이 전기 압력에 의해 움직이며 빛을 내보내는 것이라, 액정이 움직이는 시간 때문에 화면 전환 속도에 한계가 있었다. 또한 이러한 액정의 특성 때문에 화질도 낮았다. 액정이 백라이트 빛을 완벽하게 차단할 수 없어 빛샘현상이 발생했기 때문이다.

OLED는 유기 화합물층으로 이루어진 LED(Light Emitting Diode) 반도체 소자다. 유기 화합물은 대체로 전기가 잘 통하지 않지만, 이를 얇게 제조하면 약간의 전기를 흘려보낼 수 있다. 이 원리를 이용하고자 연구자들은 OLED를 진공열증착방식으로 제작했다. 전극 기판 밑에서 유기물을 가열·증발시켜 기판에 막을 입히는 방식이다. 같은 방식으로 여러 유기 막을 덧입힌 후, 마지막으로 전극 막을 씌워 유기 화합물들이 양 전극에 끼인 형태로 만든다. 이 상태에서 전기를 흘려보내면 OLED 소자가 발광한다.

이러한 제작 방식 덕에 OLED 디스플레이는 백라이트가 필요 없고, LCD보다도 얇다. OLED는 전력도 적게 소모한다. 소자 하나하나로 빛을 방출하기 때문에, 색 표현이 필요한 부분의 소자만 빛을 발산하면 되기 때문이다. 비슷한 원리로 이미지가 완전한 검은색이면 소자를 꺼버리면 되기에, 명암비와 색 재현력이 높다. 또한 전기 신호를 통해 소자를 직접 통제할 수 있어, LCD보다 더 빠른 1/1,000,000초 단위로 화면을 전환할 수 있다.
* 백라이트 : LED 소자들로 이루어진 기판

OLED를 제조하는 새로운 방법, OLEDoS

OLED 마이크로디스플레이는 동전보다 작다

OLED의 발전은 여기서 그치지 않는다. 디지털 콘텐츠의 고도화로 이미지가 더욱 세밀하게 표현되면서 이를 제대로 표현해 줄 OLED 디스플레이의 요구 조건 또한 상승했다. 이러한 흐름에 맞춰 탄생한 기술이 OLED 마이크로디스플레이다. 이는 대각선 길이가 1인치 미만인 OLED 디스플레이다.

시장에서는 OLED 마이크로디스플레이의 목표 사양을 3,000 PPI와 10,000 니트로 설정했다. PPI(Pixel Per Inch)는 1 인치당 픽셀 수이고, 니트는 화면의 밝기 단위다. 현재 평균적인 스마트폰 디스플레이는 크기가 6 인치, 해상도가 500 PPI, 밝기가 600 니트다. 이 점을 고려하면 미래 XR 기기에 탑재될 OLED 마이크로디스플레이의 요구사항이 일반 OLED 디스플레이보다 높다는 것을 알 수 있다.

실리콘 웨이퍼 위에 반도체 제조 작업 중인 장면으로 밑의 원판이 실리콘 웨이퍼다

OLED 마이크로디스플레이는 OLEDoS 기술을 이용해 제작한다. 이는 OLED 뒤에 ‘on Silicon’이 붙은 것으로, 실리콘 기판에 OLED를 증착하는 것을 뜻한다. 기존 OLED는 유리판·폴리이미드·플라스틱 등에 증착했다. 그러나 작은 면적에 더욱 촘촘하게 OLED를 배열하기 위해 반도체 제조에 사용되는 실리콘 기판을 이용하는 것이다.

팬데믹이 완화되고 있는 지금, 세계의 유명한 정보통신기술 전시회에 다양한 XR 하드웨어가 등장했다. 건축·설비·의료·의류 등 다양한 분야에 걸친 XR 소프트웨어와 콘텐츠도 공개되었다. 이뿐만이 아니다. 한 글로벌 기업에서 올해 6월에 MR 기기 출시를 예고하며 세간의 이목을 끌고 있다. OLED 마이크로디스플레이의 뛰어난 성능이 전 세계에 보급될 날이 머지않았다.

인간의 경험을 극대화하는 XR 산업이 무르익어 가는 중이다. 스마트폰의 등장으로 인간 생활 삶의 판도가 바뀐 것처럼, XR 산업 또한 우리 삶에 큰 변화를 가져다주지 않을까. 그렇다면 XR 산업의 중심에 있는 OLED 생산 기술이, 우리를 새로운 세계로 안내할 핵심 기술이 아닐까. 새로운 디스플레이 기술이 보여줄 다채로운 미래를 그려본다.