[발언] 삼성-LG, Micro LED TV 본격화 할 수 있을까?

[이군배]

불과 10여일 전만해도 K-디스플레이는, CES 2023에서 보여주었듯이 OLED외엔 없었다. 즉, 중국-대만도 하고 있는 Micro LED엔, 사실상 삼성전자만 2022년에 110" 4K Micro LED TV를 1억 7천만원 출시한 것이 전부였다. 해서 OLED밖에 없는 K-디스플레이는, 희망이 보이지 않는다는 글을 카페에 게시하기도 하였다.

헌데, CES 2023이 종료되면서, K-디스플레이의 분위기는 애플에 의해 180도 달라졌다. 즉, 지난 1월 10일에 블룸버그통신이 애플이 자체제작한 디스플레이(Micro LED)를 탑재하여, 삼성D와 LGD에 영향을 미칠 것이라는 보도가 나오자, 불과 몇일만에 삼성D와 LGD는, 1~2년 안에 Micro LED 디스플레이를 양산한다고 밝혔다.

☞삼성전자, 2021년 110" 4K Micro LED TV 출시
☞LG전자, 2022년 136" 4K Micro LED TV 출시
☞삼성전자, 2023년 50"/63"/76"/89"/101"/114"/140" 4K Micro LED TV 출시
☞삼성D, 2023년 말까지 스마트워치용 Micro LED 디스플레이 양산
☞LGD, 2024년 말까지 애플 스마트워치용 Micro LED 디스플레이 양산

하지만, 삼성D와 LGD가 1~2년 안에 Micro LED 디스플레이를 양산하기는 쉽지 않아 보인다. 우선 삼성D와 LGD는, 그동안 Micro LED 디스플레이 관련해서 특별한 기술이나 제품을 보여준 사례가 없고, 무엇보다 양산 시설이 마련되어 있지 않다.

해서 삼성전자와 LG전자는 Micro LED TV용 Micro LED소자를 대만이나 중국에서 들여와 자체 이식을 통해, Micro LED TV를 선보여 왔다. 즉, Micro LED TV 출시와 관련하여 삼성D와 LGD는 특별한 기술이나 모듈을 제공하지 않았다.

해서 삼성D와 LGD의 Micro LED 디스플레이 양산은, 성급하게 발표부터 한 것이 아닌가 여겨진다. 다만, OLED 올인 정책으로 가려던 삼성D와 LGD가, 애플 때문에 OLED에 제동이 걸린 것은 분명한 사실이고, 삼성D와 LGD도 이제는 Micro LED 디스플레이에 참여할 수밖에 없는 상황에 놓이게 되었다는 것은 분명한 사실이 되었다.

해서 올해부터 당장 현실화 되어가는 Micro LED TV에 대해서도 이젠 관심을 가질 필요가 있다고 본다. 물론 삼성전자가 올해 출시하기로 한 100"미만의 Micro LED TV가, 아무리 저렴해도 5천만원 이상은 할 것으로 보여 현실성은 없다.

하지만, 사이즈 만큼은 LG 4K OLED TV와 동등하기 때문에, Micro LED TV는 생각보다 빠르게 대중화의 길로 접어 들고 있다고 볼 수 있기 때문에, 당장 2023년에 출시되는 삼성전자와 LG전자의 Micro LED TV에 대해서 의미있게 짚어 볼 필요가 있지 않나 싶다.

▶Micro LED TV는 어떻게 시작(탄생)이 되었는가?
Micro LED의 원조는 LED다. LED는 디스플레이에 적용되기 이전부터 다른 용도로 존재해 왔기에, 그 역사는 LCD보다 길다. 그런 LED가 LED전광판에 적용이 되고, LCD패널의 백라이트에 적용이 되면서, LED가 디스플레이에 적용이 되기 시작한 것이다.
 
하지만 LED는 아직 진화중이다. 기존 LED소자 크기를 100분의 1(Mini LED/100~200μm) 또는 200분의 1(Micro LED/5~100μm)로 줄여, Mini LED(LCD) TV 내지는 Micro LED TV라는 이름으로 우리 곁으로 다가오고 있다.

Micro LED가 디스플레이에 처음 적용되어 공개된 것은, 2012년 1월 CES 2012에서 소니가 55" HD급 Micro(Crystal) LED(1화소 300μm) 디스플레이를 공개(prototype) 하면서 Micro LED 디스플레이의 역사는 시작이 되었다.
 
하지만, Micro LED가 본격적으로 대중의 이목을 끌기 시작한 것은, 삼성전자가 2018년 1월 CES 2018에서 146" 4K 모듈러(Modular) 디스플레이 '더 월(The Wall)'을 공개하면서 관심을 끌기 시작하였다.

이후 삼성전자는 Micro LED 디스플레이를 TV로 출시하기 위한 여정을 시작하여, 2021년 5월 처음으로 110" 4K Micro LED TV를 1억 7천만원에 출시하였다. 그리고 2023년에 7개 사이즈의 Micro LED TV 출시를 발표하였다.
 
▶Micro LED TV는 왜 비싼가?
Micro LED패널(모듈)은, 기존 LCD패널이나 OLED패널과는 다른 방식으로 패널(모듈)을 생산한다. 즉, LCD패널이나 OLED패널은, 한장의 원장에서 여러개의 패널을 증착방식을 통해 반도체처럼 찍어내듯 패널을 양산하지만, Micro LED패널(모듈)은, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 생산해서, 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 사이즈와 해상도를 갖는 Micro LED TV를 만드는 것이다.
 
해서 Micro LED TV는, 기존 LCD패널이나 OLED패널처럼 대량으로 양산하기가 힘든 구조다보니 비쌀 수밖에 없다. 즉, 사용하는 발광 소자만해도 OLED TV에 비해 3배, LCD TV에 비해서는 무려 1,600~16,000배 정도 많이 사용하고, 모듈 생산 공정도 아직 양산 수준이 되지 못해, 가격이 초고가일 수밖에 없다.
 
그렇지만, TV용 OLED패널은, 내구성(번인현상/밝기저하) 문제로 삼성D와 LGD등 극히 일부 패널 제조사만 생산하는 구조여서 가격인하엔 한계가 있었지만, Micro OLED패널(모듈)은, 거의 모든 패널 제조사와 LED소자 제조업체까지 참여하여, 대량 양산을 준비하고 있어, 가격인하는 시간의 문제로 보여 진다.
 
▶Micro LED TV 생산 회사는?
현재 Micro LED TV를 생산하는 회사는 삼성전자와 중국의 Leyard Planar가 대표적이다. 다만, Leyard Planar는 TV라기 보다 디스플레이(모니터)에 가깝고, 높은 소비전력과 가격도 삼성전자 Micro LED TV에 비해 2배이상 비싸 일반 가정용 TV로는 적합하지 않다.

그 외 TV제조사들이 시제품 또는 주문 형식으로 Micro LED TV를 공개내지는 출시를 하고는 있지만, 본격적인 판매는 하지 않고 있다. 해서  Micro LED TV는사실상 삼성전자 독무대나 다름이 없다.

그럼 Micro LED TV는 어떻게 생산할까? Micro LED TV를 생산하려면, 제일 중요한 것이 R/G/B 3색의 Micro LED소자를 만들 수 있어야 하는데, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 자체 기술로 생산하는 회사는 거의 없다.

이유는, 말그대로 마이크로(μ)이기 때문에, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 100μm 이내로 만들기가 쉽지 않다. 현재 사용되고 있는 대다수의 R/G/B 3색 Micro LED소자 크기(3색을 합친 1화소)는, 300μm정도 된다.

하지만, 2023년 삼성전자가 출시하는 4K Micro LED TV의 R/G/B 3색 Micro LED소자 크기(1화소)는 50μm로 확인이 되고 있다(대만 PlayNitride사 제품). 해서 삼성전자의 Micro LED TV는 다른 경쟁사에 비해 월뜽히 우수한 Micro LED소자를 사용하고 있다. 

이러한 확인은, 삼성전자 2023년 출시 Micro LED TV 홍보 영상을 통해 확인이 가능하다. 삼성전자는 자사의 Micro LED 소자가, 1cm의 200분의 1이라고 이야기 하고 있다. 그럼 1화소 크기는 50μm정도가 된다는 이야기다. 이는 머리카락 굵기가 100μm내외라는 점을 감안하면, 절반밖에 안 되는 수준이다. 해서 R/G/B 3색의 Micro LED소자별 크기는 각각 16μm정도밖에 안되어, 세계 최고 수준임을 알 수 있다.

▶삼성전자 Micro LED TV 홍보 영상
https://youtu.be/evWpM1bfWK0

물론 국내 중소업체인 서울바이오시스는 R/G/B 3색의 Micro LED소자 크기를, G/B소자는 1μm까지도 가능하고, R소자는 2022년에 10μm정도까지 작게 만든다고 하였다(공식 발표는 없었음). 하지만, 삼성전자와 LG전자는 서울바이오시스의 Micro LED소자를 사용하지 않고, 중국이나 대만 업체 제품을 사용해서, Micro LED TV를 생산하고 있다.

어찌되었든 Micro LED TV 생산에 있어, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 작게 생산하는 기술도 중요하지만, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 기판에 이식하여, 하나의 모듈로 만드는 것도 종요한 기술이다. 현재 이에 대한 기술은 삼성전자가 독보적으로 앞서고 있지만, 아직 양산 할 만큼의 수준은 되지 못하고 있다.
 
일각에서는 Micro LED소자도 OLED처럼 증착을 해서 생산하면 되지 않느냐고 반문하지만, 현재 삼성전자와 LG전자가 출시하는 OLED TV는 모두 단색의 OLED를 사용한다. 즉, 삼성D는 Blue(청색) OLED를 사용하고, LGD는 White(흰색) OLED를 사용하여, 단색이기 때문에 증착이 가능하지만, Micro LED는, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 사용하여, 증착이 안 된다.

참고로 같은 자발광TV라 불리는 OLED TV의 색상은 LCD처럼 'RGB컬러 필터'로 색상을 구현하지만, Micro OLED는, RGB컬러 필터가 필요 없다. 즉, R/G/B 3색의 Micro LED소자를 사용하여, 화소별로 3색의 R/G/B Micro LED소자가 스스로 발광하여, 색상을 구현한다

고로 Micro LED TV 생산은 R/G/B 3색의 Micro LED소자를 생산하는 기술과 R/G/B 3색의 Micro LED소자를 기판에 이식하여, 하나의 모듈로 만드는 기술이 확보되어야만 가능하다.

▶TV유형별 특장점

유형	발광 소자/크기	구동 원리 & 특장점
LCD	LED→무기물 2mm(2000μm)이상 크기	1개의 LED 또는 Mini LED소자가, 1,000화소 이상을 밝혀, 'RGB컬러필터'로 색상을 구현한다. ※1개의 LED소자가 여러 화소를 밝히다 보니 빛샘으로 화질이 다소 쳐지지만, LCD의 가성비를 대처할만한 디스플레이(패널)가 아직 없음
	Mini LED→무기물 0.2mm(200μm)이내 크기
Micro LED	Micro LED→무기물 0.05mm(50μm)내외 크기	화소별로 3색(R/G/B)의 Micro LED소자가 스스로 발광하여, 색상을 구현한다. ※LCD(LED/Mini LED)와 OLED의 단점을 모두 해소하여, 가장이상적인 디스플레이지만, 가격이 초고가
OLED	W-OLED/B-OLED→유기물 4K 42" 0.2421mm(242μm) 8K 77" 0.222mm(222μm) 4K 97" 0.5592mm(559μm)	화소별로 White 또는 Blue OLED소자가 스스로 발광하여, 'RGB컬러필터'로 색상을 구현한다. ※OLED소자의 특성상 내구성(번인현상/밝기저하) 문제로 10년 이상 사용하는 TV로 적합하지 않음

▶Micro LED 소자 & 모듈 종류
1)Micro LED 소자 종류
①개별형→대다수 적용(삼성전자-LG전자)
3색(R/G/B)의 Micro LED소자(칩)를 기판(평면)에 일자로 배열
②적층형→개발 시제품(향후 제품들에 적용 예상)
3색(R/G/B)의 Micro LED소자(칩)를 기판(평면)에 한 개의 칩(적층)으로 배열

 
2)'크기-화소수'에 따른 모듈 종류
①'크기-화소수 고정' 모듈→대다수 적용(LG전자)
모듈 크기나 화소수가 고정되어 있지만, 모듈을 우측과 이래로 붙여 나가면, 다양한 사이즈에 해상도를 가진 Mico LED TV를 만들 수 있다.
②'크기 고정-화소수 변동' 모듈→일부 적용(삼성전자)
모듈 크기는 고정되어 있지만, 화소수가 다르기 때문에, 모듈을 우측과 이래로 붙여 나가면, 같은 사이즈에 4K Mico LED TV와 8K Mico LED TV를 만들 수 있다.

3)기판에 따른 모듈 종류
①PCB : 인쇄회로기판→대다수 적용(LG전자)
일정 크기(10"~25")의 인쇄회로기판(모듈)에 R/G/B 3색의 Micro LED소자를 정해진 해상도로 이식하면, 하나의 모듈이 완성된다.
②LTPS TFT : 저온다결정실리콘(LTPS) 박막트랜지스터(TFT)→일부 적용(삼성전자)하고 있지만, 향후 Micro LED는 대다수 이 기술을 적용할 것으로 보임.
일정 크기(10"~25")의 LTPS TFT기판(모듈)에 R/G/B 3색의 Micro LED소자를 다양한 해상도로 이식하면, 하나의 모듈이 완성된다.

※10"미만 스마트워치(2"내외), HMD(2.5"~3"), 스마트폰(5~7")과 같은 제품은, 모듈이 아닌 LTPS TFT 기판에 직접 3색(R/G/B)의 Micro LED소자(칩)를 이식하여, 완제품 형태로 제작

▶Micro LED 소자 크기는 제품별로 다른가?
LG전자 136" 4K Micro LED TV의 R/G/B 3색 Micro LED소자(1화소) 크기는 300μm정도지만, 삼성전자 50"~140" 4K Micro LED TV의 R/G/B 3색 Micro LED소자(1화소) 크기는 50μm정도다. 또한 애플 2.2"(720x480) 스마트워치의 Micro LED TV의 R/G/B 3색 Micro LED소자(1화소) 크기는 65μm이내가 될 것으로 보인다.

해서 삼성전자 4K Micro LED TV에 적용한 R/G/B 3색 Micro LED소자(1화소)를 그대로 애플워치에 적용해도 무방할 것으로 보인다. 해서 Micro LED 소자 크기는, 제품별로 차이가 있지만, Micro LED소자(1화소) 크기만 작아진다면, 모든 제품에 모두 적용할 수 있을 것으로 보인다.

다만, 3" HMD용을 16384x4320(한쪽 기준)로 만든다면, R/G/B 3색 Micro LED소자(1화소) 크기를 4.5μm이내(5648ppi)로 줄여야 하기 때문에, 향후 기술적으로 좀 더 발전해야 하는데, R/G/B 3색 Micro LED소자를 개별 배열보다는 적층으로 배열하면, 1~2년 안에도 충분히 상용화가 가능할 것으로 보인다.

참고로 4.5μm이내의 Micro LED소자를 이용해 TV를 만들면, 지금의 LCD(LED) TV보다도 적은 소비전력으로 100인치 이상의 TV를 만들 수도 있을 것으로 보인다.

▶'삼성 Vs LG', Micro LED TV 비교

구분	삼성전자	LG전자
R/G/B 3색 Micro LED 소자(칩) 크기 (1화소 크기)	R/G/B 3색 1화소=50μm	R/G/B 3색 1화소=300㎛
모듈 크기	12.7" LTPS TFT 기판(모듈)	7.4"(160x180) 모듈(PCB기판)을 4x2로 조합→22.3" 캐비닛 완성
모듈 해상도	화면크기에 따라 해상도 유동적 *960x540(50"용) / *768x432(63"용) *640x360(76"용) / *549x309(89"용) *480x270(101"용) / *427x240(114"용) *384x216(140"용)	해상도 고정 640x360(136"용)
필요 모듈 수	*4x4=16개(50") / *5x5=25개(63") *6x6=36개(76") / *7x7=49개(89") *8x8=64개(101") / *9x9=81개(114") *11x11=121개(140")	6x6=36개 캐비닛(136")
완성 4K TV	50"/63"/76"/89"/101"/114"/140"	136"
	50"/63"/76"용 모듈을 4배(2x2)로 조합하면, 100"(101")/126"/152" 8K Micro LED TV 가능
Micro LED 소자 밝기 조정 단계	20bit (1,048,576단계)	10bit (1,024단계)
주사율	CS : 120Hz / HDMI 4개(통합/개별) CX : 240Hz / HDMI 6개(통합/개별)	120Hz / HDMI 4개(통합)
출시(예상)	2023년 2분기 (50"/63" 출시는 불투명)	2022년(주문형)
가격(예상)	76“ 8천만원 / 89” 1억원 114“ 1억 5천만원 / 140” 2억	4억 전후

▶'삼성 Vs LG', Micro LED TV 생산 방법 비교

▶삼성전자 Micro LED TV 제작(모듈 조합 방법)

▶LG전자 Micro LED TV 제작(모듈 조합 방법)

▶Micro LED TV 개선 사항
☞초고가 문제 해소→기술을 바탕으로 한 공정 개선
*R/G/B 3색 Micro LED소자 크기(1화소)를 5μm이내로 제작
→100" 이내 8K Micro LED TV & HMD를 생산하기 위해선 필수적으로 개발이 되어야
*R/G/B 3색 Micro LED소자를, 하나의 소자로(적층) 만들어 5μm내외로 제작
→국내외 업체들이 잇따라 적층으로 Micro LED소자(R/G/B 3색 하나로) 개발
*R/G/B 3색 Micro LED소자 이식 공정을 기판(모듈)에 자동화로 양산
→이식 작업을 통한 Micro LED 디스플레이(TV) 생산은 가격 인하엔 한계

☞Micro LED TV만의 기술 개발
*컬러처리비트 12bit이상 지원 개발
*Micro LED소자 밝기 조정 단계 20bit이상 지원 개발
*Micro LED TV만을 위한 8K 영상 콘트롤 보드 개발
*주사율 240Hz이상 지원 개발

[이명재]

좋은글 감사합니다