전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2023.8 Hot News (p19-21)

NHK 기연, 디스플레이의 미래기술 공개
초플렉시블과 시야 넓은 육안 3D, 팔에 감는 형태나 돔형 실현 계획

NHK 방송기술연구소(이하, NHK 기연)는 2023년 6월 1~4일에 개최한 ‘기연 공개 2023’에서 미래 디스플레이를 위한 2개의 기술을 공개했다. 하나는 3차원 방향으로 40% 늘려도 표시에 문제가 없는 LED 디스플레이. 다른 하나는, 수평 방향으로 30도라는 넓은 시야각(재생상을 볼 수 있는 범위)을 실현한 홀로그래픽 디스플레이다.

초플렉시블 LED 디스플레이는 유연한 아크릴계 고무를 기재로 사용하고, 거기에 LED를 밀착시키면서 유연한 배선을 형성하는 기술을 개발해 실현했다고 한다.

일반적으로 플렉시블 디스플레이에서는 폴리이미드(PI) 등의 수지제 슬림형 기판을 채택하는데 이를 고무로 변경했다. “이를 통해 1축 방향뿐만 아니라 3축 방향으로 신축할 수 있다. 기술적으로는 고무 기재와 배선 재료의 영율(종탄성계수)이 가까워 일체가 돼 늘어나는 점이 포인트이다”(설명원).

이번에는 일반 LED와 마이크로 LED를 이용한 2종류의 시제품을 공개했다. 전자는 소자 사이즈가 약 0.8mm인 LED를 사용해, 6mm 피치로 화소수가 16×16. 후자는 소자 사이즈가 약 0.02mm인 마이크로 LED를 사용해 화소 피치가 2mm, 화소수가 32×32인 디스플레이다. 모두 신장률은 40%다. 예를 들면 대각선이 10cm라면 14cm까지 늘려도 표시에 문제가 없다.

-- 2030년까지 실용화 목표 --
사실, 중국의 로욜(Royole)은 21년 5월에 세계 최초로 신축 가능한 마이크로 LED 디스플레이를 발표했다. 이 디스플레이의 신장률은 30%여서 숫자만 보면 이번에 기연이 개발한 디스플레이가 앞선다.

다만 Royole이 당시 시작한 디스플레이 화소수는 90×60으로 기연보다 많은 데다 기존 디스플레이 제조공정을 적용할 수 있다고 주장했다.

기연의 설명원에 의하면, 앞으로는 배선의 고밀도화를 통한 풀컬러화, 고정밀화, 대형화 등을 추진한다고 한다. 팔 등에 감는 디스플레이나 몰입형 컨텐츠를 표시하기 위한 돔형 디스플레이 등에 응용하는 것을 목표로 한다.

그동안 돔형의 대형 디스플레이를 일반 플렉시블 디스플레이에서 실현하기 위해서는 여러 개를 잘라 붙여야 했지만, 신장률을 60%까지 높이면 한 장으로 대응할 수 있을 것으로 보고 있다.

기연은 2025년 무렵에 고화질화와 고화질화를 실현한 프로토타입을 개발하고, 30년까지 실용화하는 것을 목표로 하고 있다.

-- 시야는 기존의 3배 이상 --
한편, 홀로그래픽 디스플레이는 화소 피치가 1μm로 작은, 세계 최소 사이즈인 ‘자기광학식 공간광변조기(MOSLM: Magneto Optic Spatial Modulator)’를 개발해 3차원 영상 표시에 성공했다.

전용 안경을 쓰지 않고 여러 사람이 맨눈으로 동시에 3차원 영상을 볼 수 있는 홀로그래픽 디스플레이는 세계적으로 개발이 진행되고 있다. 원리적으로는, 빛의 강도나 위상 분포를 변조하는 공간변조기(SLM)에 간섭 무늬를 표시하고, 여기에 재생용 레이저광을 조사함으로써 3차원 영상을 재생한다. 간섭 무늬를 변경함으로써 표시 내용을 바꾼다.

이때 SLM의 화소 크기는 시야각에 직결되며 화소 크기가 작을수록 시야가 넓어진다. 재생조명의 회절광이 화소가 작을수록 퍼지기 때문이다.

그러나 기존의 SLM은 화소 크기가 크기 때문에 시야각이 좁은 것이 과제였다. 예를 들면 SLM에 반사형 액정 프로젝터인 ‘LCOS(Liquid Crystal On Silicon)’를 사용하는 타입에서는 시야가 10도, 집적회로 위에 마이크로 미러를 배열한 ‘DMD(Digital Micromirror Device)’를 사용하는 타입은 7도이다.

이에 반해 기연이 개발한 MOSLM은 화소 크기가 수평 1µm 피치, 수직 4µm 피치로 세계 최소 등급이다. “이것으로 세계 최고 수준인 30도 시야각을 실현했다”(설명원).

-- 과제는 대형화와 저소비 전력화 --
MOSLM은 자성체에 빛이 닿아 반사할 때 빛의 편광이 변하는 물리 현상을 이용하여 빛의 강도를 변조하는 디바이스이다.

이번에 MOSLM의 화소부에는 가돌리늄철(Gd-Fe) 합금이라는 자성 재료를 채택했다. 전류를 흐르게 하여 Gd-Fe 합금의 ‘자벽(磁壁)’을 움직여 N극과 S극의 방향을 반전시켜 화소의 명암을 표시한다. 개발한 MOSLM의 화소수는 10K×5K. 화소 영역 크기는 10mm×20mm이다.

기연은 홀로그래픽 디스플레이를 중장기 개발 테마로 삼고 있다. 앞으로는, 25년까지 높은 회절 효율과 고속으로 동영상을 표시할 수 있는 고밀도 SLM의 요소 기술 개발에 착수한다. 그리고 2030년까지 재생상의 고품질화 및 컬러 동영상 표시를 목표로 하고 있다.

설명원은 실용화를 위한 과제로서 MOSLM의 대형화나 저소비 전력화 등을 들었다. 예를 들면, 현재는 구동할 때 각 화소에 2mA의 전류를 흐르게 해야 하는 등 소비 전력이 크다고 한다.

 -- 끝 --

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