가상현실의 진화 – (2) 발전하는 디스플레이
이 글은 LG디스플레이 블로그에 2017. 3. 31일 기고된 글입니다. (전체보기)
▲가상현실 기기의 실재감에 많은 영향을 끼치는 디스플레이가상현실 기기의 더욱 실감 나는 가상현실을 위해 가장 개선이 필요한 것. 바로 디스플레이입니다. TV와 같이 멀리 있는 화면이 아닌, 바로 눈앞의 화면을 통해 실재감 있는 가상현실을 구현하기 때문이죠. 그래서 VR 기기개발자 들은 높은 수준의 가상현실 화면을 구현하기 위해 기존보다 더 높은 성능의 디스플레이가 필요하다고 합니다.
VR 기기의 선명한 디스플레이 구현을 위해 중요한 요소 중 하나는 해상도입니다. VR 헤드셋을 머리에 쓰고 가상현실을 체험하면 많은 사용자들이 선명하지 않다거나 어지럽다는 등의 반응을 보이곤 합니다. 멀리 떨어져 보는 일반 디스플레이와 달리 바로 눈 앞에 콘텐츠를 보니 화면이 매우 크게 보이기 때문입니다. 10센티미터 정도의 작은 화면으로 콘텐츠를 보면 체감상 약 250 센티미터 이상으로 커 보이니, 선명하고 생생한 디스플레이 구현을 위해서는 기존보다 더 높은 해상도가 필요하겠죠.
또한, 구동 주파수 역시 주요 요인입니다.
바로 눈앞에서 3차원 화면이 250 센티미터 이상의 크기로 인식된다면 어떨까요? 멀리서 2차원으로 보는 것 보다 움직임 하나하나가 더 크고 웅장하게 느껴지지 않을까요? 그래서 VR용 디스플레이에서는 더 세밀하고 예민한 화면전환이 필요합니다. 이를 위해 기존보다 고속의 디스플레이 구동 주파수가 필요한 거죠. 실제로 VR 기기 제작의 표준이라고 불리는 오큘러스사는 자사 VR을 최적화하기 위해 144Hz라는 고속 구동을 권장하고 있습니다.
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기존 보다 높은 해상도과 고속 구동 주파수가 필요하므로 VR에서는 더욱 혁신적인 디스플레이 기술이 요구됩니다. OLED가 높은 해상도와 고속 구동의 요구에 맞춰 발전하고 있지만 아직까지 VR이 요구하는 스펙에 맞추기 위해서는 넘어야 할 산이 많습니다. VR에 최적화된 디스플레이가 필요합니다. 그래서 VR 관련 업체들은 OLED가 아닌 다른 디스플레이도 VR용 디스플레이로 고려하고 있는데요, 이번 장에서는 OLED와 비교하여 새롭게 주목받고 있는 마이크로 LED, OLEDOS를 소개해 드리겠습니다.
1) 마이크로 LED
애플은 ‘럭스뷰 테크놀로지’라는 회사를 2014년에 인수했습니다. 이에 질세라 오큘러스도 ‘인피니LED’를 16년에 인수하죠. 이 대형 IT 회사들이 사들인 회사에는 공통점이 있습니다. 바로 마이크로 LED에 특화된 기술을 가진 회사라는 겁니다.
마이크로 LED는 이름에서 유추할 수 있듯이, 매우 작은 LED를 뜻합니다. LED는 OLED와 마찬가지로 자발광이지만 유기물질이 아닌 무기물질을 사용합니다. OLED처럼 매우 높은 명암비와 빠른 응답시간을 자랑하면서도 OLED보다 더 밝은 휘도, 더 낮은 전력소모량을 가지죠.
LED는 지금까지 크기를 줄이기가 힘들어, 대형 전광판 제작 등에만 쓰였는데요, 기술의 발전으로 마이크로 크기까지 줄어들면서 VR에서 요구하는 초고해상도의 디스플레이까지 제작할 수 있게 되었습니다. 게다가 플렉서블 기판에 LED만 올리면 플렉서블한 디스플레이도 구현할 수 있죠.
▲플렉서블 디스플레이까지 구현 가능한 마이크로 LED (이미지 출처: flatpanelshd)하지만 마이크로LED도 완벽하진 않습니다. 수천만 개의 픽셀을 밝히기 위해서는 그만큼 많은 LED가 필요기 때문에 가격이 만만치 않기 때문입니다. 또, 기판 위에 LED를 올리는 과정에도 높은 기술력이 필요합니다. 매우 작은 LED를 기판 위에 옮겨 붙이기 위해서는 ‘전사기술’이라는 것이 필요한데요.
쉽게 말하자면, 제작된 마이크로 LED를 일일이 기판 위에 옮겨 붙이는 기술로 마이크로 LED 디스플레이를 제작하는 핵심기술입니다. 해상도가 높아지면 그만큼 한 면적에 옮겨 붙여야 하는 LED가 많아지는 거고, 크기가 커지면 옮겨 붙이는 횟수가 증가하겠죠?
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2) OLEDoS (OLED on Silicon)
디스플레이는 크게 화소별로 구동 전압을 공급해주는 기판부와 전압에 따라 빛을 발광하는 발광부로 나뉩니다. 기존 OLED의 경우 유리기판 위에 TFT(Thin Film Transistor, 박막 트랜지스터)를 올려 기판부를 만들고, 그 위에 OLED를 부착해 기판부와 발광부를 합치게 됩니다. 하지만 유리 위에서 하는 TFT 공정은 반도체 공정보다 집적도가 낮으므로 VR에서 요구하는 높은 해상도를 구현하기 어려웠습니다.
TFT(Thin Film Transistor): 박막 트랜지스터. 디스플레이에서 스위치 역할을 하며, 전압을 통과시켜 액정 서브픽셀 제어에 이용된다.
집적도: 다이오드, 트랜지스터 등이 디지털 소자라고 불리는데, 하나의 칩에 이러한 소자가 몇 개나 구성되어 있는지를 나타내는 지표.
▲기판부를 실리콘으로 만든 OLEDoS의 구조이를 개선하기 위한 방법이 OLEDoS입니다. OLED를 TFT 유리기판에 올리지 않고 반도체 공정이 되어있는 실리콘 기판에 올리는 것입니다. 위의 그림과 같이 기판부는 실리콘으로, 발광부는 OLED를 장착하여 맨 위에 컬러 필터를 쓰는 방식입니다. 이런 방법으로 초고해상도이면서 집적도까지 높은 디스플레이 구현이 가능해집니다.
하지만 실리콘 기판의 가격이 워낙 비싸므로 아직 현실적인 대안이라고 하긴 어렵습니다. 그리고 실리콘 기판의 크기에 제한이 있어 유리처럼 대형 기판으로 제작하기도 어렵고요. 현재 OLEDoS는 VR 헤드셋인 ‘HMD (Head Mounted Display)’에 1~2인치 크기로 양 안에 부착되게 제작되고 있습니다.
3) OLED
기존 OLED는 LCD와 마찬가지로 유리(Glass) 기판 위에 TFT를 올려 픽셀을 제어하고, 그 위에 OLED를 장착합니다.
이미 많은 OLED 제품이 시중에 나와 있어 위에서 설명한 마이크로 LED보다 양산성이 좋고, OLEDoS보다 대형화 및 가격에 유리합니다. 실리콘 기판이 아닌 유리 기판을 쓰기 때문이죠. 다만 상대적으로 해상도를 높일 수 없다는 문제가 있지만요. OLED의 구조와 원리에 대해서는 아래 링크를 참고해주세요!
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지금까지 VR 기기 디스플레이에 영향을 끼치는 요소들을 알아보고, 관련하여 마이크로 LED / OLEDoS / OLED를 간단하게 비교해봤는데요.
과연 어떤 디스플레이가 VR 기기에 유리할까요?
더 자세한 내용은 다음 포스트에서 만나요!
