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마이크로디스플레이

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2023 ETRI Technology Report 9Hyper Reality Metaverse Research Laboratory Lee Jeong Ik

메타버스는 단순한 가상 공간을 넘어 차세대 디지털 신대륙으로 주목받고 있습니다. 초실감 메타버스 연구소는 이러한 세상을 구현하기 위해 디바이스, 콘텐츠, 미디어 기술을 아우르는 종합적인 연구를 수행합니다. 현재는 증강현실(AR)과 가상현실(VR)의 핵심인 마이크로 디스플레이 기술 개발에 매진하고 있으며, 최근에는 OLED 마이크로 디스플레이 기술을 성공적으로 개발하여 기업에 이전함으로써 실질적인 산업 생태계 구축과 상용화에 앞장서고 있습니다. 기존의 연구 방식이 하드웨어와 소프트웨어를 분리하여 진행했다면, 본 연구소는 두 영역을 동시에 탐구하는 통합적 접근 방식을 강점으로 내세웁니다. 현재의 메타버스가 주로 2차원 영상에 머물러 있다면, 미래에는 3차원 입체 영상을 기반으로 한 진정한 초실감 환경이 구축될 것입니다. 이를 위해 입체 영상 시청 시 발생하는 어지럼증을 해결하는 것이 필수적입니다. 연구소는 영상의 획득부터 전송, 합성, 재현, 상호작용에 이르는 전주기에 걸친 기술을 개발하며 입체 메타버스 실현을 목표로 합니다. 글로벌 기업들이 입체 영상 분야에 앞다투어 뛰어드는 흐름 속에서 메타버스는 전 세계적인 핵심 키워드로 자리 잡았습니다. 이러한 기술적 진보의 궁극적인 목적은 단순히 편리함을 제공하는 것이 아니라 인간의 본성을 회복하는 데 있어야 합니다. 메타버스는 인간과 인간을 연결하려는 근본적인 본능을 기술적으로 해결하는 수단입니다. 앞으로의 연구는 인간과 인간 사이의 연결을 보다 효율적이고 친밀하게 만들어 주는 방향으로 나아가야 합니다. 초실감 기술로 정서적 유대감을 강화하는 것이 우리 연구의 진정한 포부입니다.

2023 ETRI Technology Report 9Hyper Reality Metaverse Research Laboratory Lee Jeong Ik
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
  • 융합
  • 공학·기술

2023 ETRI Technology Report 4 Micro Display Technology Kang Chan mo, Principal Researcher

한국전자통신연구원의 실감디스플레이연구실은 이름 그대로 사용자에게 생생한 시각적 경험을 제공하기 위한 차세대 디스플레이 기술을 선도적으로 연구하는 곳입니다. 이곳에서는 스스로 빛을 내는 광원과 이를 정밀하게 제어하는 트랜지스터 기술을 동시에 개발하며, 휘어지는 화면이나 입체 영상 구현 등 미래형 디스플레이의 기반을 닦고 있습니다. 최근에는 애플 비전 프로와 같은 착용형 기기에 사용되는 초소형 고해상도 화면 기술인 마이크로 디스플레이 분야에서 괄목할 만한 성과를 내고 있습니다. 이 기술적 집약체는 매우 좁은 면적에 수많은 화소를 밀집시켜야 하므로 화소 간 간격이 극도로 좁아질 수밖에 없습니다. 이 과정에서 서로 다른 색이 섞이거나 빛이 옆으로 번져 화질이 저하되는 등의 기술적 난제가 발생하곤 합니다. 연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 고성능이면서도 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있는 디스플레이 구조를 설계하고 있습니다. 이는 가상·증강현실(VR·AR) 기기를 장시간 착용할 때 발생하는 눈의 피로도를 낮추고 기기의 사용성을 높이는 데 필수적인 연구입니다. 완성도 높은 OLED 마이크로 디스플레이를 개발하기 위해서는 세 가지 핵심 기술이 뒷받침되어야 합니다. 첫째는 고효율의 백색 발광 OLED 소자 기술이며, 둘째는 열에 취약한 유기물을 낮은 온도에서도 안전하게 보호하는 박막 봉지 기술입니다. 마지막으로 정밀한 색 재현을 위한 저온 공정 컬러 필터 형성 기술이 필요합니다. 이 기술들이 조화롭게 적용될 때 비로소 우리는 현재보다 훨씬 밝고 선명한 화질을 제공하는 차세대 웨어러블 기기를 일상에서 만나볼 수 있게 될 것입니다. 기존의 방식이 백색 빛에 필터를 씌워 색을 표현했다면, 연구진이 개발한 초고해상도 양자점(QD) 패터닝 기술은 효율을 극대화하는 새로운 대안입니다. 반도체 미세 공정에 사용되는 포토리소그래피 기법을 도입하여 각 화소에 적색, 녹색, 청색 양자점(QD)을 직접 형성함으로써 빛의 손실을 최소화했습니다. 이 기술은 별도의 필터 없이 스스로 선명한 색을 내기 때문에 기존 디스플레이보다 훨씬 밝은 화면을 구현할 수 있으며, 소비 전력까지 대폭 절감할 수 있는 혁신적인 솔루션으로 주목받고 있습니다. 현재 대한민국은 세계 디스플레이 시장에서 강력한 기술 패권을 쥐고 있지만, 미국과 중국 등 주요국들의 추격 역시 매우 거세지고 있습니다. 급변하는 기술 트렌드 속에서 주도권을 잃지 않기 위해서는 차세대 시장을 선점할 수 있는 독보적인 기술력이 무엇보다 중요합니다. 우리 연구진은 세계 최고의 기술 격차를 유지하기 위해 끊임없는 연구와 혁신을 이어가고 있으며, 앞으로도 한국이 글로벌 디스플레이 강국으로서의 위상을 공고히 할 수 있도록 최선의 노력을 다할 것입니다.

2023 ETRI Technology Report 4 Micro Display Technology Kang Chan mo, Principal Researcher
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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[2023 ETRI Technology Report 4] 마이크로 디스플레이 기술_강찬모 연구위원

디스플레이 기술은 우리 삶을 변화시키는 핵심 동력으로 자리 잡았습니다. 단순히 평면적인 화면을 넘어 휘어지거나 늘어나는 디스플레이, 그리고 안경처럼 착용하는 마이크로디스플레이까지 그 범위가 비약적으로 넓어지고 있습니다. 최근 출시된 가상·증강현실(AR/VR) 기기들은 이러한 기술의 집약체라 할 수 있습니다. 한국전자통신연구원 실감디스플레이연구실에서는 더 생생하고 몰입감 넘치는 화면을 구현하기 위해 발광원과 이를 구동하는 트랜지스터를 동시에 연구하며, 미래형 디스플레이의 표준을 정립하기 위해 힘쓰고 있습니다. 특히 주목받는 분야는 OLED 마이크로디스플레이입니다. 이는 좁은 면적에 초고해상도 화소를 집약시키는 기술로, 주로 웨어러블 기기에 탑재되어 사용자에게 새로운 시각적 경험을 제공합니다. 좁은 공간에 수많은 화소를 배치하다 보니 화소 간의 간격이 매우 좁아져 빛이 옆으로 번지거나 색이 섞이는 등의 기술적 난제가 발생하기도 합니다. 이를 해결하기 위해 연구진은 더 밝고 전력 소모는 적으면서도 선명한 화질을 제공할 수 있는 최적의 설계 방식을 찾기 위해 끊임없이 고민하며 개발을 진행하고 있습니다. 성공적인 마이크로디스플레이 개발을 위해서는 크게 세 가지 핵심 기술이 조화를 이루어야 합니다. 첫째는 고효율의 백색 OLED 소자 기술이며, 둘째는 열에 약한 유기물을 보호하기 위한 저온 박막 봉지 기술입니다. 마지막으로는 정밀한 색을 표현할 수 있는 저온 컬러필터 형성 기술이 필수적입니다. 이 요소들이 완벽하게 결합할 때 비로소 우리는 가상·증강현실(AR/VR) 기기에서 현실과 구분하기 힘든 수준의 고화질 이미지를 마주하게 됩니다. 이는 차세대 실감형 콘텐츠 시장의 경쟁력을 결정짓는 매우 중요한 기초 체력이라 할 수 있습니다. 최근에는 기존 방식의 한계를 극복하기 위해 초고해상도 양자점(QD) 패터닝 기술이 집중적으로 연구되고 있습니다. 현재의 방식은 백색광을 컬러필터로 걸러내는 형태라 광 효율이 떨어진다는 단점이 있습니다. 반면, 양자점을 활용해 화소 하나하나가 직접 빨간색, 녹색, 파란색 빛을 내게 하면 효율이 극대화됩니다. 반도체 공정에 쓰이는 포토리소그래피 기술을 양자점에 적용함으로써, 스스로 빛을 내는 화소를 초미세 단위로 형성할 수 있게 되었습니다. 이는 디스플레이의 밝기와 소비전력을 획기적으로 개선할 수 있는 혁신적인 대안으로 꼽힙니다. 글로벌 디스플레이 시장의 주도권을 잡기 위한 경쟁은 날로 치열해지고 있습니다. 한국은 현재 OLED 분야에서 우수한 기술력을 보유하고 있지만, 미국, 중국, 일본 등 주변 국가들의 추격 속도 역시 매우 매섭습니다. 미래 디스플레이 시장에서 초격차를 유지하기 위해서는 기존의 성과에 안주하지 않고 끊임없는 기술 혁신이 필요합니다. 연구 현장에서는 대한민국이 디스플레이 강국으로서의 위상을 굳건히 지킬 수 있도록 새로운 소재와 공정 개발에 매진하고 있으며, 이는 곧 우리 일상을 바꿀 놀라운 미래 기술로 이어질 것입니다.

[2023 ETRI Technology Report 4] 마이크로 디스플레이 기술_강찬모 연구위원
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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[2023 ETRI Technology Report 9] 초실감메타버스연구소 이정익 소장

초실감메타버스연구소는 차세대 디지털 신대륙이라 불리는 메타버스 세상을 현실로 만들기 위해 필요한 디바이스와 콘텐츠, 미디어 기술을 통합적으로 개발하고 있습니다. 과거 세계 최초로 UHD TV를 시연하고 평창 동계올림픽에서 파노라마 UHD 기술을 선보였던 탄탄한 기술력을 바탕으로, 최근에는 AR·VR 기기의 심장부인 OLED 마이크로 디스플레이 기술을 개발해 상용화하는 성과를 거두었습니다. 하드웨어와 소프트웨어 기술을 분리하지 않고 유기적으로 결합해 동시에 연구할 수 있는 환경은 우리 연구소만이 가진 독보적인 강점입니다. 3차원 입체 영상 기술은 메타버스의 몰입감을 결정짓는 핵심 요소이지만, 시각적 피로도와 어지럼증이라는 해결해야 할 기술적 장벽이 존재합니다. 이를 극복하기 위해 연구소는 영상의 획득부터 전송, 합성, 그리고 최종적인 재현과 상호작용에 이르는 전주기적인 기술 체계를 구축하여 연구에 매진하고 있습니다. 사용자가 가상 공간 속에서 신체적인 불편함이나 거부감 없이 장시간 머무르며 활동할 수 있도록 하는 3차원 입체 영상 엔진을 고도화하는 것이 현재 연구의 핵심적인 지향점입니다. 현재 메타버스는 애플과 메타, 소니 등 세계적인 기업들이 앞다투어 참여하며 글로벌 시장의 핵심 키워드로 자리 잡았습니다. 이러한 치열한 기술 경쟁 속에서도 연구소는 기술의 궁극적인 지향점이 결국 인간을 향해야 한다는 확고한 철학을 가지고 있습니다. 앞으로의 기술 개발은 단순히 편리함을 제공하는 수준을 넘어, 인간성을 회복하고 우리 안에 내재된 연결의 본능을 일깨우는 방향으로 나아가야 합니다. 가상 세계를 통해 사람과 사람 사이를 더욱 깊고 친밀하게 이어주는 소통의 가치를 실현하는 것이 기술 개발의 진정한 목표입니다.

[2023 ETRI Technology Report 9] 초실감메타버스연구소 이정익 소장
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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새로운 미디어 시대를 여는 디스플레이 기술 [OLED 마이크로 디스플레이] [2022 ETRI Technology Report ⑦]

현대 디스플레이 기술은 우리 삶의 필수 요소가 되었지만, 최근 주목받는 OLED 마이크로 디스플레이는 기존과는 차별화된 혁신을 보여줍니다. 일반적인 OLED가 유리나 플라스틱 기판을 사용하는 것과 달리, OLED 마이크로 디스플레이는 반도체 CMOS 공정이 적용된 8인치 웨이퍼를 기반으로 제작됩니다. 이를 통해 엄지손톱만 한 0.7인치 크기에 고해상도 회로를 촘촘하게 집적할 수 있으며, 이는 가상·증강현실(VR·AR) 기기의 핵심 부품으로 활용됩니다. 글로벌 IT 기업들이 앞다투어 메타버스 시장에 뛰어드는 가운데, 이러한 초소형·고정밀 기술은 미래의 실감형 콘텐츠를 구현하고 사용자에게 시각적 정보를 효과적으로 전달하는 가장 중요한 기술적 토대가 되고 있습니다. 기술적 난제를 극복하기 위한 노력은 소재 국산화와 공정 혁신으로 이어졌습니다. 특히 2019년 일본의 수출 규제 국면에서 중요성이 부각된 포토레지스트 기술은 OLED 마이크로 디스플레이 구현의 핵심이었습니다. 기존 LCD 공정은 화소 형성을 위해 230도 이상의 고온에서 진행되었으나, 열에 극도로 취약한 OLED 유기 물질은 100도만 넘어도 소자가 망가지는 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 연구진은 세계 최초로 100도 이하에서 공정이 가능한 저온 컬러 포토레지스트를 개발하였고, 고해상도 화소를 안정적으로 형성하는 독보적인 공정 기술을 확보했습니다. 이러한 성과는 순수 국내 기술력으로 차세대 디스플레이 시장의 주도권을 잡는 결정적인 계기가 되었습니다. OLED 마이크로 디스플레이의 활용성은 단순히 소비자용 엔터테인먼트 기기에 그치지 않고 국방, 치안, 의료 등 국가 산업 전반으로 무궁무진하게 확장되고 있습니다. 경찰이나 군인을 위한 특수 임무 수행용 헬멧 디스플레이부터 고난도 수술을 돕는 정밀한 광학 보조 장치까지, 실감형 기술이 필요한 모든 영역에 응용될 수 있습니다. 현재 글로벌 시장의 규모는 점진적으로 확대되고 있으며, 애플이나 구글, 메타와 같은 빅테크 기업들의 참전으로 기술적 수요는 폭발적으로 증가하는 추세입니다. 지속적인 연구 개발을 통해 확보한 초격차 기술은 다가올 미래 사회에서 우리 일상을 더욱 편리하고 안전하게 바꾸어 놓을 것이며, 대한민국이 디스플레이 강국으로서의 위상을 공고히 하는 든든한 밑거름이 될 것입니다.

새로운 미디어 시대를 여는 디스플레이 기술 [OLED 마이크로 디스플레이] [2022 ETRI Technology Report ⑦]
한국전자통신연구원ETRI 테크놀로지 리포트
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