[발언] Q/A로 짚어본 Micro LED 디스플레이

[이군배]

<순서>
1.서언
2.Micro LED 디스플레이란?
3.Micro LED 디스플레이의 역사 & 발전 과정은?
4.Micro LED 디스플레이는 기존 LCD나 OLED랑 무엇이 다른가?
  (Micro LED 디스플레이는 왜 비싼가?)
5.억대의 Micro LED 디스플레이는 대중화가 가능할까?
6.Micro LED 디스플레이가 활성화되기 위한 난제는 무엇인가?
7.Micro LED 디스플레이가 활성화되기 위한 또 다른 과제가 있다면?
8.Micro LED 디스플레이는 누가(회사/국가) 주도하고 있는가?
9.향후 Micro LED 디스플레이는 어떤 모습일까?
  (억대의 Micro LED TV에 기대를 거는 이유?)

1.서언
TV시장이 10년째 LCD와 OLED로 이어지고, 화질은 4K TV에 머물면서, TV기술마저 평준화 되면서 TV에 대한 매력(혁신)은 사라진지 오래다. 이런 현실 속에 TV수요는 해마다 줄고, 가정에서 TV가 차지하는 비중(필요성)도 현격하게 떨어지면서, 이젠 TV에 대한 미래마저 걱정해야 하는 상황이다.
 
해서 지금과 같은 TV시장을 새롭게 변화(혁신)시키지 못한다면, TV도 신문이나 라디오처럼 되지 말라는 법은 없다고 본다. 그래서 일까? 삼성전자는 지금과 같은 현실에 대응하기 위해, TV시장을 새롭게 변화(혁신)시키기 위해 이번 IFA 2023에서, 다른 TV제조사와는 다른 행보를 보였다. 바로 다양한 사이즈의 Micro LED TV를 공개하며 출시까지 하였다.
 
Micro LED TV는 TV의 혁신이자, 기존 LCD TV나 OLED TV와는 차원이 다른 TV의 끝판 왕이라 해도 과언이 아니다. 물론 아직 억대의 가격이라 현실성은 없지만, TV를 새롭게 변화 시킬 수 있다는 측면에서, Micro LED TV는, 꺼져가는 TV시장을 살릴 유일한 대안이 아닐까 한다.
 
해서 Micro LED TV가, TV를 새롭게 변화 시키기 위해서는 어떤 형태로든 가격을 1/10 이내로 내려야만 할 것이다. Micro LED TV가 가격을 내리려면, 얼마나 많은 TV제조사들이 얼마나 빠르게 Micro LED TV시장에 참여하느냐가, 최대 관건이 될 것이다. 현재 삼성전자를 제외하면, 아직 Micro LED TV시장에 본격적으로 참여한 TV제조사는 없다.
 
워낙에 비싼 탓에 Micro LED TV시장에 뛰어들기는 쉽지 않다고 본다. 하지만, 적어도 2024년부터는 Micro LED 디스플레이가 본격적으로 상용화가 시작이 될 것으로 보이고, 빠르면 2~3년, 늦어도 4~5년 안에는 Micro LED 디스플레이가, 초고가 문제를 해소하고, 프리미엄 디스플레이로 자리를 잡을 것으로 보인다.
 
2.Micro LED 디스플레이란?
Micro LED는, 새로운 발광 소자는 아니다. 기존 LED의 크기를 100배 이상 작게 만든 것이다. 해서 LED는 그동안 조명이나 산업용에 사용된 것을 감안하면, 그 역사는 50년도 더 된다. 또한 LED가 디스플레이용(전광판)으로 적용된 것도 LCD TV나 OLED TV보다 먼저 적용이 되어, LED는 그 만큼 내구성과 안정성에서도 검증이 되었다.

▶LED종류와 크기 & 용도

구분	일반 LED	Fine-pitch LED	Mini LED	Micro LED
발광 소자	7색의 LED와 White LED & R/G/B LED	R/G/B LED	White LED	R/G/B Micro LED
소자 크기	2500㎛~	1000~2500㎛	100~200㎛	5~100㎛
용도	차량용 라이트 전등, 조명등 거리 신호등 (7색의 LED)	실내외 전광판	LCD(Mini LED) TV 백라이트	Micro LED TV
	LCD(LED) TV 백라이트 (White LED)			3색(R/G/B)의 Micro LED소자(1화소)를, 화소간 간격만 다르게 배열해서 만들면, 초소형(1")에서 초대형(1000") 디스플레이를 만들 수 있다.
	실외 전광판 (R/G/B LED)

▶Micro LED 소자 크기 비교

Micro LED 디스플레이를 간단하게 정의하면, LCD의 단점인 빛샘 문제를 해소하고, OLED의 단점인 내구성(번인현상/밝기저하) 문제도 해소하여, 현존 디스플레이중 최고의 화질(자연스러운 화질)을 자랑하는 디스플레이라 할 수 있다.
 
하지만, Micro LED 디스플레이가, 기존 LCD나 OLED에 비해 확실하게 차별화 되는 점은, RGB컬러필터 없이, R/G/B 3색의 Micro LED소자가 자체발광하여 색상을 구현하기 때문에, '베젤' 없이 디스플레이를 만들 수 있다. '베젤'이 없다보니, '모듈'을 조합해서 다양한 '사이즈-해상도-화면비'로 디스플레이(TV화면)를 구현할 수 있다.
 
해서 TV로 방송을 시청할 때는 16:9 화면비로 보다가, OTT나 블루레이 같은 영화를 볼 때는 21:9 화면비로, 게임을 할 때는 32:9 화면비로 게임을 함으로서, 콘텐츠의 화면비에 맞추어 TV 화면비도 맞추어 사용할 수 있는 것이 바로 Micro LED 디스플레이다.
 
3.Micro LED 디스플레이의 역사 & 발전 과정은?
Micro LED 디스플레이는, 2012년 1월 CES 2012에서 소니가 55" HD급 Crystal(Micro) LED 디스플레이(prototype)를 공개 하면서 시작이 되었지만, 당시엔 별다른 주목을 받지 못하다가, 삼성전자가 2018년 1월 CES 2018에서 146" 4K 모듈러(Modular) 디스플레이 '더 월(The Wall)'을 공개하면서, Micro LED 디스프레이는 세간의 관심을 끌기 시작하였다.

이후 삼성전자는 Micro LED 디스플레이를 TV로 출시하기 위한 여정을 시작하여, 현재까지 가장 적극적이면서, 독보적으로 Micro LED TV를 상용화하고 있다. 삼성전자는 2021년 5월에 업계 최초로 110" 4K Micro LED TV를 1억 7천만원에 출시하였다. 이에 지극 받은 다른TV제조사들도 시제품 또는 주문 형식으로 Micro LED 디스플레이(사이니지/TV기능 내장)를 상용화 하고 있다.
 
하지만, 억대라는 가격은 소비자들에겐 그림의 떡이다 보니, TV제조사들의 노력은 한계성을 가질 수밖에 없다. 그럼에도 불구하고 삼성전자는 2023년 1월, CES 2023에서 7개 사이즈에(50"/63"/76"/89"/101"/114"/140") 대한 4K Micro LED TV를 공개하면서, 심성전자는 Micro LED TV 상용화를 위한 기반을 다지기 시작하였다.
 
현재 TV제조사들은, Micro LED TV를, 현장에서 모듈을 조합해서 설치하는 방식을 벗어나, 기존 TV처럼 완제품 세트로 출시를 하고 있다. 현장에서 모듈을 조합해서 Micro LED TV를 설치하는 시간이 3~5일 정도 걸리다보니, 이러한 선택을 한 것으로 보인다.
 
해서 현장에서 브라켓에 모듈을 조합해서 설치하는 어려움이 해소되기 전까지는, Micro LED TV는 기존 TV처럼 완제품 세트 형태로 출시가 될 것으로 보인다. 하지만, Micro LED 디스플레이의 이점을 살리고 100인치 이상 대화면을 운반(이동)하는 어려움을 해소한다는 측면에서, 향후 Micro LED TV는, 브라켓에 모듈을 조합해서 설치하는 방식이 주가 될 것으로 보인다(설치에 따른 문제 개선).
 
4.Micro LED 디스플레이는 기존 LCD나 OLED랑 무엇이 다른가?
  (Micro LED 디스플레이는 왜 비싼가?)
Micro LED 디스플레이는, 기존 LCD나 OLED패널과는 다른 방식으로 패널(모듈)을 생산한다. 즉, LCD나 OLED패널은, 한 장의 원장에서 적게는 2개에서 많게는 8개 이상을 증착해서 반도체처럼 찍어내듯 패널을 양산한다.

가령 TV용 OLED패널의 경우, 삼성D는 단색인 Blue(청색) OLED 소자를, LGD는 단색인 White(흰색) OLED 소자를 증착해서 반도체처럼 찍어낸다. 이때 색은 모두 RGB컬러필터로 구현한다. 반면 Micro LED 디스플레이는, R/G/B 3색의 Micro LED소자가 직접 구동하여 색을 구현한다.
 
헌데, R/G/B 3색의 Micro LED소자는, 색상별로 소자의 특성이 달라, 단색을 사용하는 OLED처럼 증착해서 찍어 낼 수가 없다. 해서 Micro LED 디스플레이는, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 따로 생산하여, 일정 크기의 기판(10"~25" 모듈)에 R/G/B 3색의 Micro LED소자를 일일이 이식해서, 하나의 모듈(패널)을 만들어, 그 모듈을 이어 붙여, 다양한 '사이즈-해상도-화면비'를 갖는 Micro LED 디스플레이를 만든다. 이러한 공정탓에 Micro LED 디스플레이가 아직 초고가 문제를 해소하지 못하고 있는 것이다.
 
5.억대의 Micro LED 디스플레이는 대중화가 가능할까?
지금 당장의 상황만을 놓고 분다면, 억대의 Micro LED 디스플레이가, 천만원 이내에 상용화 된다는 것은 어려워 보인다. 하지만, OLED는 일부 패널 제조사만 생산을 하였지만, Micro LED 디스플레이는, LCD처럼 거의 모든 패널 제조사는 물론 TV제조사, 심지어 애플 같은 회사들까지 참여를 하고 있어, 빠르면 2~3년, 늦어도 4~5년 안에는 대중화가 가능할 것으로 보인다.
 
물론 Micro LED 디스플레이가 아무리 저렴하게 만든다고 해도, 지금의 LCD TV럼 저렴해지지는 않을 것으로 보인다. 하지만, 적어도 지금의 OLED TV 수준 내지는 다소 비싼 정도로 대중화가 가능 할 것으로 보인다. 그리고 무엇보다 20인치 이내의 소형 디스플레이는 완제품으로 생산이 가능하기 때문에, 오히려 '모듈' 조합으로 만드는 TV보다는 저렴하면서, 빠르게 대중화가 될 수 있을 것으로 보인다.
 
6.Micro LED 디스플레이가 활성화되기 위한 난제는 무엇인가?
Micro LED 디스플레이가 대중화되기 위한 가장 큰 난제는, 가격을 OLED TV 수준 내지는 다소 비싼 정도로 내리는 것일 것이다. 이것이 가능하려면, Micro LED 디스플레이도 기존 LCD나 OLED처럼 증착을 통해 반도체처럼 찍어 내면 가능할 것이다.
 
물론 이 부분이 현재로선 쉽지 않은 과정이지만, 많은 업체들이 매달리고 있어, 빠르면 1~2년 늦어도 3~4년 안에는 가능할 것으로 보인다. 다만, 현재로선 R/G/B 3색의 Micro LED소자(칩)를 3개로 이식하던 것을, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 적층으로 쌓아올려 1개의 소자(칩/4μm)로 만드는 기술이 상용화 되어, 2024년부터는 최소 3배 이상 저렴하게 Micro LED 디스플레이를 만들 수 있을 것으로 보인다.

 
이 외에도 Micro LED 디스플레이를 좀 더 빠르게 양산할 수 있는 전사 기술을 비롯하여, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 자석을 이용해 스스로 조립하는 기술도 개발이 되고 있다. ETRI는 전사와 접합을 동시에 할 수 있는 공법을 개발하였다. 이러한 기술들이 현실화 되어, 생산에 적용이 된다면, Micro LED 디스플레이가 대중화되기 위한 가장 큰 난제는 해소가 될 수 있을 것으로 보인다.
 
▶현재 상용화 되고 있는 삼성전자 4K Micro LED TV 제작은...
*Micro LED TV 화면 사이즈 : 76"/89"/101"/114"/140"(현재 89"만 출시)
*Micro LED 소자(칩) 크기 : 50μm(R/G/B 3색 1화소 크기)
*Micro LED 소자(칩) 제조 : 대만 PlayNitride
*모듈(LTPS) 크기 : 12.7"(28.04cm x 15.78cm) LTPS
*모듈(LTPS) 제작 : 대만 AUO
*모듈(LTPS) 측면배선 작업 : 국내 TETOS
*Micro LED R/G/B소자(칩) 이식 작업 : 삼성전자
*Micro LED TV 메인보드 & TV세트 작업 : 삼성전자
 
▶현재 상용화 되고 있는 삼성전자 Micro LED TV에 대한 아쉬움
①Micro LED TV만의 차별성을 살리지 못하였다.
   →성능에서 기존 TV와 차별화된 기능이 없다.
   →10bit패널에 120Hz(삼성CS/LG)/240Hz(삼성 CX)→12bit패널에 480Hz로 출시했어야
②8K TV로 출시하지 못하였다.
   →억대의 가격이라면, 적어도 8K TV로 출시가 되었어야 할 것이다.
③100"미만 4K Micro LED TV는 실효성이 떨어진다.
   →100"미만 4K Micro LED TV는, 4K LCD(Mini LED) TV나 4K OLED TV에 비해 화질의 장점을 찾기 힘들다. 4K 100"이상은 화질이 떨어진다.
④핵심 부품(Micro LED소자)들을 대다수 대만산 부품을 사용하거나, 외부 기술을 사용하였다.
 
7.Micro LED 디스플레이가 활성화되기 위한 또 다른 과제가 있다면?
Micro LED 디스플레이가 대중화되기 위해서는, 단순히 Micro LED 디스플레이만 대중화가 되어서는 Micro LED 디스플레이의 우수성을 느끼기 어렵기 떄문에, 반드시 Micro LED 디스플레이에 걸 맞는 콘텐츠도 함께 활성화 되어야 할 것이다.
 
즉, Micro LED 디스플레이의 자연스런 화질이 구현되기 위해서는 12bit RGB로 제작된 콘텐츠가 활성화 되어야 할 것이다. 즉, 지금처럼 10bit 4:2:0으로 제작된 콘텐츠는, Micro LED 디스플레이가, 온전한 화질로 구현할 수 없기 때문에, 12bit RGB로 제작된 콘텐츠의 활성화가 뛰따라 져야 할 것이다. 또한 콘텐츠별 화면비에 대한 조율도 함께 뒤따라져야 할 것이다.

▶영화(블루레이/OTT) 콘텐츠 해상도 변경 제작

구분	HD콘텐츠	4K 콘텐츠	8K 콘텐츠	화면 상태
현재 제작	1,920x800	3,840x1,600	7,680x3,200	화면 위아래가 검게 나옴(26%)→21:9영화를 16:9 TV에 맞게 해상도 축소 제작
변경 제작	2,560x1,080	5,120x2,160	10,240x4,320	21:9 TV에 맞추어 21:9로 제작→화면비 맞게 나옴

8.Micro LED 디스플레이는 누가(회사/국가) 주도하고 있는가?
현재 Micro LED 디스플레이에 대한 기술은, 대만과 중국이 앞서나가고 있다. 그 다음으로는 미국과 한국, 일본 등이 Micro LED 디스플레이를 두고 치열한 경쟁을 벌이고 있고, 유럽이나 캐나다 같은 회사들도 Micro LED 디스플레이 상용화에 참여하고 있다.
 
하지만, 실제 일반 소비자를 상대로 Micro LED 디스플레이(TV)를 상용화한 회사는 삼성전자밖에 없다. 하지만, 삼성의 기술이 대만이나 외부 기술에 많이 의존 했다는 점에서 다소의 아쉬움은 있지만, 완제품까지 만드는 과정은 삼성전자의 기술이 있었기에 높이 평가할 만 하다.

그래도 다행인건, 국내 중소업체들의 Micro LED에 대한 기술이 세계 최고 수준이라는 것이다. 다만, 자본의 열세로 많은 어려움을 겪고 있다. 반면 삼성D와 LGD의 Micro LED 디스플레이에 대한 기술은 아직 초보적인 수준이다. 해서 국내 중소업체와 협력만 잘 이루어진다면, 국내 Micro LED 디스플레이 산업도 중국이나 대만을 능가할 수 있을 것으로 보인다.
 
어찌되었든 Micro LED 디스플레이가 대중화되기 위한 분수령은, 최대 디스플레이 수요 업체인 애플이 Micro LED 디스플레이를 언제부터 채용하느냐가 최대 관건이 되지 않을까 한다. 애플은 2014년부터 Micro LED 디스플레이에 관심을 가지고 추진하여 왔고, 2026년에 애플워치에 Micro LED 디스플레이를 적용할 것으로 보이고, 이후부터 애플 전제품에 Micro LED 디스플레이를 적용할 것으로 보인다.

9.향후 Micro LED 디스플레이는 어떤 모습일까?
  (억대의 Micro LED TV에 기대를 거는 이유?)
빠르면 2~3년, 늦으면 4~5년 후의 Micro LED 디스플레이(TV)는 어떤 모습일까? Micro LED 디스플레이는 1인치부터 수백인치 까지 다양한 제품에 적용할 수 있다. 다만, TV의 경우는, 100인치 미만 보다는 100인치 이상에서 그 효용성이 빛날 것으로 보인다.
 
즉, Micro LED 디스플레이(TV)는, Micro LED 디스플레이의 장점(모듈)을 살려, '모듈'을 조합해서 다양한 '사이즈-해상도-화면비'로 구현되는 디스플레이(TV)가 될 것으로 보인다. 해서 지금처럼 벽걸이TV 설치기사가 와서 Micro LED TV를 설치할 수 있을 것이다(1~2시간 이내).
 
이처럼 '모듈'을 현장에서 직접 조립 설치하면, 100인치 이상 TV가(세트), 엘리베이터나 출입문이 작아 운반(이동)이 어려운 가정에서도 초대형 TV를 어렵지 않게 설치할 수가 있을 것이다.

그러면 TV로 방송을 시청할 때는 16:9 화면비(120")로 보다가, OTT나 디스크(블루레이) 같은 영화를 볼 때는 21:9 화면비(151")로 영화를 보고, 게임을 할 때는 32:9 화면비(145")로, 콘텐츠 화면비에 맞추어 TV를 효율적로 사용할 수 있을 것이다. 즉, 지금처럼 16:9 TV로 21:9 영화를 보거나, 32:9 화면비로 게임을 함으로서, TV화면 상하에 블랙화면(로스율)이 생기는 것을 없앨 수 있을 것이다.

그럼 '16:9(방송/120")↔21:9(영화/151")↔32:9(게임/145")'로 변환이 가능하게 만드는 것이 어려운 것일까? 기본적인 원리는 의외로 간단하다. '베젤'이 없는 20" 모듈(1280x720)과 그 모듈을 장착할 브라켓만 있다면, 변환이 가능한 화면 구성엔 특별한 어려움은 없을 것이다.

해서 우리는 억대의 Micro LED TV를 기대하는 것이 아닐까 한다. 빠르면 2~3년, 늦으면 4~5년 후의 Micro LED 디스플레이(TV)는 어떤 모습일까? 아래 그림은 그러한 부분을 가상으로 그려본 것이다.

▶Micro LED 디스플레이에 사용되는 '모듈'은?

▶'16:9(120")↔21:9(151")↔32:9'(145") 변환 Micro LED TV(가상)

▶'16:9(120")↔21:9(151")↔32:9'(145") 변환 Micro LED TV 사양(가상)

패널(모듈) 조합	20"(1280x720) Micr LED 모듈(8x6=48개로 조합)
화소 수(Full)	10,240x4,320
PPI/화소간 간격	73.43 PPI / 0.3459mm
화면크기	16:9(방송/120")↔21:9(영화/151")↔32:9(게임/145")
컬러비트	12bit
주사율	240Hz
컬러표준	BT.2020(100%)
압축코덱	AV1/VP9/AVC(H.264)/HEVC(H.265)/VVC(H.266) 8K/120fps
인터페이스	*HDMI 2.1(48Gbps+DSC) *DisplayPort 2.1(80Gbps+DSC)
	*7,680x4,320/120Hz, 12bit/4:2:2→HDMI 2.1(48Gbps+DSC) *10,240x4,320/165Hz, 12bit/RGB→DP 2.1(80Gbps+DSC) *10,240x2,880/240Hz, 12bit/RGB→DP 2.1(80Gbps+DSC)

[강수원(순천)]

Micro LED TV에 관한 PT 강의
내용을 축약된 문서로 보는 것
갔습니다.굳이 운영자님의 현장
육성 강의가 아니드래도 적절한
담론도 곁들여 작성해 주시어서
이해 하는데 큰 도움이 되었습니다.감사합니다.

[김연호]

저도 향후에 크게 성장할수 있는 산업이라 지켜보고있는데 좋은 글 감사합니다. 한 수 배워갑니다

[김석찬]

수고 많으셨습니다~