빅테크 업체들이 주도할 마이크로디스플레이 시장은 메타버스를 현실과 이어주기 위한 AR/VR 기기의 역할 또한 더욱 중요해질 것이다. 특히 기존 평면 디스플레이의 한계를 뛰어 넘어 3D 세계를 제대로 구현하기 위한 마이크로디스플레이 기술들이 개발되고 있다. 대부분의 AR/VR 기기는 시각 정보 전달에 초점을 맞추기 때문에 안경 등의 기기에 1인치 이하의 마이크로디스플레이를 탑재하여 영상을 구현해야 한다.
대표적인 마이크로디스플레이 기술로는 High Temperature Poly Silicon Liquid Crystal Display(HTPS LCD), Liquid Crystal on Silicon(LCoS), Digital Micromirror Device(DMD), OLED on Silicon(OLEDoS) 등이 있으며, 최근 각광받고 있는 기술은 OLEDoS 마이크로디스플레이로, 빠른 응답속도와 고화질 등의 장점을 보유하고 있다.
최근 언론보도 등에 따르면 Apple 또한 TSMC와 협력하여 OLEDoS 마이크로디스플레이를 개발 중에 있다. Apple은 해당 기술을 AR/MR 안경, 헤드셋 등에 적용할 계획이며, 오는 6월 열리는 애플 세계 개발자 컨퍼런스(WWDC)에서 OLEDoS 마이크로디스플레이 기술을 적용한 MR 헤드셋을 공개한 후 2022년 공식 출시될 것으로 전망된다.
해당 제품은 8K 해상도를 지원하고 15개의 카메라 모듈이 적용될 예정이다. 또한 Apple뿐 아니라 Facebook, Microsoft 등 빅테크 업체들을 중심으로 메타버스 및 그와 관련된 헤드셋, 글라스 등의 하드웨어 개발이 활발하게 추진되고 있다. DSCC에 따르면 AR/VR 헤드셋용 디스플레이 매출액은 2020년 $347M(약 4,000억원)에서 2026년 $4,211M(약 4조 7,000억원) 규모로 확대될 전망이다.
우리가 흔히 하는 OLED 패널은 OLED 소재를 유리 기판인 TFT(Thin Film Transistor) 백플레인에 증착(evaporation)하여 생산한다. 그러나 Apple이 TSMC와 개발 진행 중인 것으로 알려진 OLEDoS 기술은 OLED 소재를 유리 기반의 TFT 백플레인이 아닌 실리콘(Si) 웨이퍼에 증착하기 때문에 OLED on Silicon을 줄여 OLEDoS 기술이라 칭한다.
이를 마이크로디스플레이와 OLEDoS를 합쳐'Micro OLED라고 부르기도 한다. 2011년 Sony가 White OLED(WOLED) + R,G,B 컬러 필터를 적용한 OLEDoS 마이크로디스플레이를 발표했으며, BOE, Olightek, Kopin, eMagin, Microoled 등의 다양한 업체들이 해당 기술의 개발과 생산을 추진 중에 있다. LG디스플레이 또한 2020년 SID를 통해 0.42인치 크기와 3,500 ppi(pixel per inch)를 가진 OLEDoS 마이크로디스플레이를 공개한 바 있다.
스마트폰이나 TV에 사용되는 OLED 패널의 픽셀 크기는 20 ~ 300마이크로미터(㎛)인 반면, 마이크로 디스플레이에 사용되는 픽셀의 크기는 4 ~ 20㎛ 수준이다. 현재 OLED 스마트폰과 TV 패널에 적용하는 유리 기반의 Oxide/LTPS TFT는 구조적 한계로 인해 픽셀의 크기를 줄이는 데 제한이 있다.
그러나 유리 기판이 아닌 실리콘 웨이퍼를 사용하고, TFT가 아닌 CMOS(Complementary metal-oxide- semiconductor) 기술을 적용하면 기존 TFT 보다 훨씬 미세한 패턴 공정이 가능하여 마이크로디스플 레이처럼 작은 픽셀을 집적할 수 있다. 간단히 설명하면 OLED 소재를 반도체 미세 공정에 접목하여 만든 기술이 OLEDoS 마이크로디스플레이라고 할 수 있다.
RGB OLEDoS, FMM의 발전과 함께 결국 가야할 길이다. 사용자들이 AR/VR/XR 기기를 더 편리하게 사용하기 위해서는 기기가 사용자의 움직임을 더 빠르게 인식하고, 최대한 사람의 눈과 유사한 스펙을 가지고 있어야 어지러움 등의 문제점을 개선시킬 수 있다. 기기에 탑재된 디스플레이의 해상도(ppi)를 우선적으로 높여야 이미지를 이질감 없이 선명하게 볼 수 있고, 화면주사율(Hz)을 높일수록 응답시간을 줄이므로 화면 움직임이 부드러워 어지러움이 없다.
WOLED 방식이 아닌 기존 중소형 OLED 패널에 적용되고 있는 R,G,B OLED 방식으로 패터닝 하면 휘도를 약 세배 높일 수 있다. 실제로 미국의 마이크로디스플레이 업체인 eMagin은 컬러 필터가 없 는 R,G,B OLED 발광층을 증착하여 휘도와 발광 효율을 크게 증가시킨 OLEDoS 기술을 구현한 바 있으며, OLEDoS 기술 개발에 적극적인 BOE 또한 R,G,B OLED 방식을 구현하고자 노력하고 있다. 메타버스의 발전과 함께 향후 WOLED가 아닌 R,G,B OLED를 증착하는 방식을 적용한 OLEDoS 마이크로디스플레이 기술 개발이 더욱 가속화될 것으로 판단한다.