[Micro LED, 기존디스플레이의한계를극복 ]( 헬로우T, 2017.10.17) -OLED를잇는차세대디스플레이로관심집중 : 최근 LCD의범용화, 가격변동성확대, 공급과잉우려등으로인해디스플레이시장에서 OLED가급부상하고있다. 또한기존디스플레이대비전력효율, 플렉시블구현, 고해상도, 장수명등의측면에서강점을가진 Micro LED 디스플레이가차세대디스플레이로부각되고있다. 이에본지에서는과학기술정보통신부 ICT R&D 기획및분석지원사업 (ICT 동향분석및정책지원 ) 의연구결과인 차세대디스플레이, Micro LED 디스플레이개발동향 자료를토대로 Micro LED 디스플레이에대한기술개념과시장현황등을살펴보았다. 현재디스플레이시장은 LCD가주류를이루고있으며 OLED가이를대체해가고있다. 특히스마트폰을비롯한중소형제품시장에서는이러한대체속도가빠르게전개되고있다. 시장조사기관인 IHS에따르면, 휴대전화중 AMOLED 탑재비중은 2010년 2.7%, 2015년 13.1%, 2016년 20.1% 로점점높아지고있다. - 이와관련해 IHS Markit은 2019년이되면중소형디스플레이시장에서 AMOLED 시장 (346 억달러 ) 이 TFT-LCD 시장 (275억달러 ) 을넘어서고, 이후점차 TFT-LCD 시장과의격차를확대할것이라고예상했다. 대형시장의수요를이끌고있는 TV 시장에서도 LG전자 (2012년 3분기 ) 에이어최근소니등에이르기까지참여기업이점차늘어나고있다. 스마트폰, TV 위주로탑재되던 OLED는향후스마트카, 가상현실 (VR), 웨어러블등다양한분야로확산될것이라고기대되고있다. 관련업계에서는향후 1 2년내에 VR 시장, 3 5년내에스마트카시장이본격개화되며, 특히 VR 헤드셋시장은 OLED 독무대가될것으로예측하고있다. - LCD에서 OLED로 : 지금까지 LCD는범용화를통해공급량을확대하며기존 CRT 및경쟁 PDP와의경쟁에서우위에서면서주류로자리매김했다. 이후경쟁사와의기술적격차가줄어들고제품간차별성이약해지며치열한가격경쟁으로이어졌고, 이는가격변동성확대로이어졌다. 특히중국기업들이자국정부의정책적지원에힘입어생산기반을급속히확대함에따라공급과잉우려도제기되고있다.LCD 공급과잉과그에따른가격급락은디스플레이관련 Tier 2 또는화이트박스공급업체의시장진입장벽을낮추고, 이는다시디스플레이관련 OEM의경쟁환경악화, 경쟁력제고를위한혁신압력증가로이어지고있으나기존 LCD 기술의혁신에는한계가있으며, 대표적인것이폼팩터의한계이다. 기술이발전하고모바일환경의고도화에따른이동성확대등을배경으로특정공간, 특정형태에구애받지않는자유로운폼팩터에대한요구가증가하고있으며, 이는디스플레이의발전방향성이기존의경직된형태에서커브드 벤더블에서폴더블 롤러블을거쳐궁극적으로스트레처블을지향하고있는것으로나타나고있다. 이와관련해 LG ERI는폼팩터가향후디스플레이산업의빅웨이브 (Big Wave) 로될가능성이높은것으로보고있으며, 폼팩터혁신은형태적제약을극복할수있는유연성 (Flexibility) 향상을통해전개될가능성이큰것으로분석되고있다. - 또하나의차세대디스플레이, Micro LED : 현재 OLED 시장은삼성, LG 등국내기업들이주도하고있는가운데중국등경쟁국기업들의시장참여가빠르게전개되고있다. 또한급속한시장성장전망및그와맞물린많은디스플레이업체들의 OLED 시장참여가러시를이루고있는상황에서최근 Micro LED 디스플레이가또하나의차세대디스플레이로부상되고있
다. 특히세계최대디스플레이수요기업중하나인애플이차세대디스플레이전략을조만간 OLED에서 Micro LED로선회할것이라는전망도대두되고있다.Micro LED는기존 LED와비슷한구조지만 5 10μm의초소형단자로기존 LED로는구현할수없는휘어짐, 깨짐, 경량화등을극복할수있고전력효율이 OLED의 5배에이르는것으로평가된다. 특히차세대기술로주목받고있는증강현실 (AR) 구현이나 OLED에서도난항을겪고있는디스플레이내부지문인식모듈통합, 뛰어난휘어짐으로인해제약이많았던웨어러블기기에다양한접목이가능해져 OLED를빠르게대체할기술로이목이집중되고있다. - Micro LED 개발동력 :VR이차세대먹거리중하나로부상하면서더욱현실감있는영상을구현하기위한차세대디스플레이기술에대한요구가증가되고있다. 사람눈과의거리가 5cm도안되는 VR 헤드셋에는짧은시청거리때문에보다선명하고반응속도가빠른디스플레이가필요하다. 간접광원을사용하는 LCD는움직임이빠른화면에잔상이발생하거나화면이깜빡이는문제등으로인해어지러움이나피로감이유발될수있다. 현재는 OLED가색재현율, 명암비, 응답속도, 디자인, 무게등대부분의측면에서 LCD를압도하는성능을보이고있어 VR 기기등에 LCD보다우선적으로고려되고있다. 다만 VR이요구하는높은해상도와응답속도요구에맞춰발전하고있는 OLED도한계가있다는평가가나오고있다. 현재 VR 기기의한계로지적되고있는 현실감 과 멀미증상 을해결하기위해서는해상도가현재수준보다높아야 ( 최소 1,000ppi 이상 ) 한다는것이중론이다. 이와관련해 Micro LED는극도의고해상도를갖고있어현재 HMD(Head Mounted Display) 방식의 VR 기기가갖는화질, 무게등의한계를극복하기위한대안으로평가되고있다. 거대한산업생태계를구축하며높은공정완성도등을배경으로견고한경쟁력을가진채디스플레이산업의주류를형성했던 LCD가 OLED에점차자리를내주기시작한가장중요한요인중하나는바로전술한폼팩터혁신의한계때문이다. LCD는스스로발광할수없다는태생적한계로백라이트가반드시필요한데, 이는두께와경직성을극복하는데한계로작용된다. OLED의경우자발광유기화합물을사용하므로폼팩터혁신측면에서우위를점하고있으나, 현재의기술콘셉트만으로는유연성확대에한계가있어주요기술개선또는혁신이요구되는상황이다. - Micro LED 디스플레이는 OLED와달리직물과같은한층다양한종류의소재를기판으로사용할수있다는점에서, 현재플렉시블디스플레이의최종진화단계인스트레처블디스플레이구현에보다적합하다는의견도있다. 그리고기존 LCD나 OLED는 100인치이상의초대형디스플레이양산이곤란한데, 예를들어기존 LCD나 OLED로는 200인치전광판제작이어려운상황이다. 반면에 Micro LED는기존디스플레이보다훨씬큰초대형디스플레이를구현할수있다. 일례로소니는베젤이없는일정크기의 Micro LED 디스플레이유닛을이어붙이는방식으로원하는크기 ( 예를들면 220인치, 400인치등 ) 의대형디스플레이를제작했다. 그뿐아니라배터리용량은웨어러블, 스마트폰을포함한무선기기들의최대해결과제중하나인데, Micro LED 디스플레이는전력소모측면에서 OLED 대비약 5배이상개선되었으며, 기존디스플레이보다전력소모가매우적어대용량배터리탑재가어려운스마트워치등소형디스플레이에유용할것으로예상되고있다. 업계에서는애플과소니가경쟁의서막을준비하고
있는데, 중소형시장에서는애플이, 대형시장에서는소니가새로운디스플레이시대를예고하고있다. 디스플레이시장수요의상당부분을담당하고있는글로벌기업들의이러한행보는중장기적으로기존디스플레이업계의경쟁구도에커다란영향을미치는요인이될것으로전망되고있다. - 초대형, 플렉서블까지대응가능한 Micro LED :Micro LED는이론적으로저전력, 초대형, 플렉서블까지대응가능하다. LCD와 OLED의핵심소재가각각액정 (Liquid Crystal), 유기재료인데반해 Micro LED는기존 LED와구조는비슷하지만, 크기를 5 10마이크로미터 ( μm, 100만분의 1m) 이하로줄인초소형 LED로패키지과정이필요없이 LED 칩자체를화소로활용할수있다.OLED와같이백라이트가필요없고, 각각의 LED가적색 녹색 청색을표현할수있으며, 기존 LED보다유연하다는장점도갖고있다. 또한유기물이아닌무기물이어서내구성이높아수명이길고, LED 특성상전력효율도 OLED 대비 5배정도높일수있어전력효율도우수하고, 패널크기나모양도다양하게구현할수있다. 초소형입자를발광재료로쓴다는점에서 OLED의대항마로꼽히고있는퀀텀닷 (Quantum Dot) 과비슷하지만, 저전력 소형화 경량화측면에서는 Micro LED가더유리하다는평가이다. 그뿐아니라전반적으로현존하는다른디스플레이에비해밝기, 명암대비, 에너지효율성, 응답시간등에서큰진전을보인기술로평가되고있으며, 특히 VR AR 디바이스를가볍고선명하게만들수있고대형화도가능하여 TV, 사이니지시장에서도주목받는등다양한응용이기대되고있다. - 학계및기업의 R&D 투자지속 :2000년에 Cree사가 빛추출이강화된 Micro LED array 특허를신청하면서 Micro LED라는용어가등장한이래관련연구논문들이잇달아발표되었다. 일리노이대학교 (University of Illinois), 스트라스클라이드대학교 (University of Strathclyde) 및텍사스기술대학교 (Texas Tech University) 등과같은학계의연구기관은 Micro LED 연구에지속적으로투자하고있다. 그리고홍콩과학기술대학교 (Hong Kong University of Science and Technology), 대만의 NCTU(National Chiao Tung University, 국립교통대학교 ) 와 NTHU(National TsingHua University, 국립칭화대 ) 등을포함한아시아대학들도연구결과를발표했으며, 일부연구팀은분사, 제품상용화또는기업합류등을통해산업계로진출하고있다. - Micro LED 상용화의문제점 :Micro LED는전력효율, 플렉시블구현, 고해상도, 장수명, 우수한환경안정성등의측면에서강점으로높은가격과공정상의기술적과제등은상용화의걸림돌로평가되고있다.TV 등에사용되는대형디스플레이와달리크기는작으나높은해상도를필요로하는기기용디스플레이를구현하기위해서는높은픽셀밀도 (Pixel Density) 가요구된다. LED 크기를줄일수록더높은픽셀밀도를구현할수있는데, 4인치웨이퍼를기준으로 10μm칩을증착하면 5,000만개의픽셀구현이가능하므로적어도 5μm까지 LED를소형화해야 1억 4,000만개의픽셀구현이가능하다. 현재 FHD급해상도를 R G B로구현하기위해서는약 622만개의서브픽셀이필요하다 (1920 1080 R G B). 이는 4K 해상도에서약 2,500만개 (3840 2160 R G B), 8K 해상도에서약 1억개 (7680 4320 R G B) 로네배씩증가한다. - Micro LED 칩자체의양산, 칩을기판위에올리는전사기술등공정기술, 그리고전체를
아우르는비용문제도상용화의과제라고할수있다. Micro LED 디스플레이는 Micro LED 칩자체가픽셀을구성하므로고해상도및대형디스플레이구현시많은양의 Micro LED 칩이필요하고이는원가부담의요인이된다. 본격적인양산이이루어질경우칩자체의가격은하락할수있으나대량전사, 그에따른칩이송속도, 피치일관성을보장받을수있는접합기술등도해결과제이다. 소니가 CES 2012에서 55 TV 폼팩터로공개한데이어 2016년 2017년에걸쳐여러전시회에서공개한 CLEDIS(Crystal LED Display) 의경우대형디스플레이구현가능성을보여줬지만, 아직높은가격문제는해결과제로남아있다. - Micro LED 디스플레이패널시장, 2025년 196억달러규모로성장 : 밝고전력효율이좋은디스플레이를필요로하는애플리케이션증가, NTE(Near to Eye) 디바이스도입증가, 거대기업의관심증가등에의해시장성장이촉진되고있다. Micro LED 디스플레이패널시장은 2017년약 2억 5천만달러규모에서 2025년약 196억달러규모로성장할전망이다 (KEIT, 2017. 7, 원소스 MarketandMarkets, 2017.4). 중소형제품의상용화가예상되는 2019년부터 2025년까지연평균성장률 (CAGR) 이 55% 에이를것으로전망되고있고, 크기별로는중소형제품이최대시장을형성할것으로예상되고있는데, 이는스마트폰을포함하여스마트워치, 태블릿등이모두중소형으로분류되기때문이다. 특히 2021년에스마트폰용제품이상용화되며큰폭의성장이예상되는등전체시장의성장을견인할것으로예상되고있다. 분야별로는이미상용화가시작된디지털사이니지와 NTE 디바이스, 스마트워치등이초기시장을주도하는형태를보이다가스마트폰용제품이상용화되며최대시장을형성할것으로예상되고있다. - 또한지역별로는북미, 특히미국시장이메이저시장을형성할것으로전망되고있는데, 이는가전, 교육산업등에서최신제품도입이빠른지역적특성에기인한것으로보이며, 중국과인도, 일본, 한국등이포진하고있는 APAC 지역은거대한소비인구와성장하는가전시장이맞물리며고성장할기회가될것으로예상된다. 업체별로는애플의경우 iglass 등신기술및신제품에적용하는것이 Micro LED 디스플레이개발의주목적이라고할수있으며, Micro LED에큰관심을보이면서 2014년 5월 LuxVue Technology를인수한이후, Micro LED 디스플레이기술개발에적극적인행보를이어가고있다. 소니의경우, 상업용디스플레이시장이주요타깃이며, 소형디스플레이에집중하고있는애플과달리대형제품에집중하고있다. 지난해 6월, 상업용디스플레이전시회인 Infocomm 2016에서 Crystal LED Display 를발전시킨 2세대 Micro LED 디스플레이제품을공개했다. 소니는기존명칭 (Crystal LED Display) 대신 CLEDIS(Crystal LED Integrated Structure) 라는이름으로공개했으며디스플레이크기또한 55인치급에서 400인치 (9.7m 2.7m) 급으로대폭확대했다. 이는소형유닛 (ZRD-1) 을베젤없이연결하여초대형디스플레이를구현한것이다.Hon hai(foxconn) 의경우 2016년에 Sharp 인수를마무리한뒤급격한시장확대가예상되는 OLED 시장진출에자신감을보였으나최근에는 OLED 사업에서경쟁력확보에어려움을느끼며대형 LCD와 Micro LED 분야의사업확대에역량을집중하고있다. 이는삼성디스플레이가중소형 OLED에투자를대폭확대하면서후발주자인 Foxconn이기술력과가격경쟁력을따라잡는것이사실상어려워진데따른것으로분석되고있다. 이러한거대글로벌기업들의 Micro LED 디스플레이개발은대부분기존자
사의제품및서비스한계극복을목표로한다는공통점을갖고있다. 또한개발전개에있어서관련분야전문기업들의 M&A를통해기술확보속도를높이고있다는점도유사하다. 그러나실질적인기술개발, 혁신등은 LuxVue 등신생, 창업기업들이주도하고있는상황이다. - 국내디스플레이분야대기업들은해외기업들에비해상대적으로겉으로드러나는움직임은조용한편이다. 이는국내디스플레이기업들이 LCD에이어그간축적해온 OLED를앞세워세계시장을주도하고있고, OLED의긍정적인향후시장전망을배경으로 OLED 설비확장투자에집중하고있기때문인것으로분석되고있다. 오히려최근 LED 관련중견기업인루멘스가연구단계를뛰어넘는 Micro LED 디스플레이제품을공개했고, 한국기계연구원에서는롤전사공정을이용한 Micro LED 디스플레이대량생산기술을개발했다. - 기술경쟁력강화, 시장주도권확보위한투자필요 :LCD 시대가열리면서기존 CRT 시장을지배했던일본기업들로부터디스플레이시장주도권을확보한국내기업들은이후디스플레이시장의성장과실을향유했다. 또한 LCD에이어현재디스플레이시장의주류로올라서고있는 OLED에분야에서도선도적인기술개발로새롭게열리는디스플레이시장에서압도적인위상을과시하고있다. 그러나장기적인관점에서는우리나라의디스플레이시장주도권을장담할수없는상황이다. 한국으로부터지배권탈환을목표로투자를가속화하고있는중화권디스플레이업계, 한국디스플레이업계에대한의존에서벗어나려는주요기기업체들의전략적움직임등이위협요인으로작용하고있기때문이다.1990년대중반부터기술개발에대한부단한노력과투자를통해현재 OLED를디스플레이분야에서세계시장을주도할수있도록하는버팀목으로키워냈듯이향후 10년이상을내다본장기적관점에서차세대디스플레이에대한고민과투자가필요한시점이라고할수있다. - 현재 OLED가주류로부상하고있지만, 디스플레이기술은기술진보는물론시장요구또한빨리변하는기술임을직시할필요가있다. 10년전만해도 OLED 기술이이렇게빨리성장할것을예측하는사람은많지않았지만, 현재우리나라가디스플레이분야에서세계시장을주도할수있게하는기술로자리매김했다. 기기완제품및서비스기업등디스플레이수요를발생시키는기업들의요구사항은어찌보면매우간단하다고할수있는데, 예를들어웨어러블이나모바일기기완제품및서비스기업들이원하는것은바로 가볍고오래쓰며디자인자유도가높고, 환경적인제약을받지않을뿐아니라오랫동안충전하지않아도되는기기 이다. 디스플레이산업은바로이처럼기본적인요건을충족시키기위해현재의플렉시블 OLED까지발전해왔으며, 이러한가운데해외에서 Micro LED 디스플레이가주목받는이유는바로전술한요건을충족하는데 OLED에한계가있다는판단이작용했기때문이다. - Micro LED 디스플레이의경우, 업계경쟁구도에미칠파급력에의문을제기하는의견도있으나디스플레이거대수요기업들이주목하는기술을무시할수는없는상황이다. 더욱이 Micro LED 디스플레이를주목하는이유가기술적요인외에 OLED 분야에서탈한국이라는정책적요인이작용했다는점도주목해야할요인이라고할수있다. 막상시장이열렸을때과거와같이 Fast Follower 정책으로접근하는것은중국과같은개발역량을가진국가등을고려했을때바람직하지못한선택지다. 다만, Micro LED 디스플레이가다양한제품에충분히
활용될가능성은있지만, 아직초소형패널이필요한마이크로디스플레이분야가도입기단계에있는등단기적으로불확실성이높은상태가지속될것으로예상되고있다. 따라서국내의경우기술개발이다소늦기는했으나기존기술을기반으로 R&D와투자에적극나선다면가능성은충분하다고보인다. LED 분야의경우 BLU, 조명등에서축적한노하우와디스플레이분야에서최고수준에있는 TFT 및반도체기술은 Micro LED 디스플레이기술개발의기반으로활용할수있기때문이다. - 국가적인준비를통해향후 OLED에이은영광을이어나갈수있도록투자가필요한데, Micro LED 디스플레이산업경쟁력은기존소재, 부품과의융합을통한유연화, 집적화기술을얼마나잘구현하느냐의여부와가격경쟁력, 원가절감, 품질향상을위한공정, 대형화를위한장비및공정기술개발여부에따라달라질것으로예측되고있다. 이에관련전문가들은특정기업이나기관만으로시장을개척해나가기는힘들며전문연구기관과대학, 기업등산학연이연계하여소재, 부품, 장비, 시스템기술이어우러진생태계전반에대한기반구축을추진해야하고, 여기에정부의적극적인지원이뒷받침되어야할것으로판단하고있다.