XR기기가 스마트폰을 이어 향후 IT 하드웨어 수요 확대를 이끌어나갈 것으로 예상하는 이유는 Apple과 Google, Microsoft, Meta Platforms, Sony, 그리고 삼성전자 등 글로벌 IT 업체들이 최근 XR 시장에 본격적인 진출을 앞두고 있기 때문이다. 특히 IT 디바이스의 경우 Apple 등 주요 글로벌 업체들이 새로운 트렌드를 만들어 나가는 경향이 강해 XR 시장이 빠르게 확대될 가능성이 매우 높다고 판단한다.

그럼 XR기기는 제품 생애주기 측면에서 봤을 때 현재 어느 수준에 와있을까? XR시장은 본격적인 성장기에 진입했다고 판단한다. 참고로 제품 생애주기 이론에서 성장기의 특징은 1)판매량이 도입기와 비교했을 때 의미있게 확대되고, 2)성장 기회를 포착한 경쟁사들의 진입이 본격화되며, 3)제품 및 브랜드 차별화가 시작된다는 점이다.

과거 연간 2~ 300만대 수준을 벗어나지 못했던 XR 시장은 이미 폴더블 스마트폰과 유사한 연간 1,000만대 판매량을 기록하고 있고 2023년 Apple을 포함한 글로벌 업체들의 본격적인 XR시장 진출, Meta와 Pico, Sony 등 주요 업체의 제품 및 브랜드 차별화가 시작되고 있다는 점에서 XR 시장은 이미 성장기에 진입했다고 판단한다.

현재 XR 활용 서비스가 가장 풍부한 일상 분야는 게임 및 홈 피트니스다. 차별화된 현장감을 제공하는 만큼, 기존 기기 보유자들이 XR 기기로 교체할 유인이 충분하기 때문이다. 다만 XR이 단순 게임기 이상의 기능을 갖고, 수요가 더욱 늘어나기 위해서는 다른 일상 분야에서도 XR이 활용될 수 있어야 한다.

게임 이외에 XR에 대한 유의미한 수요가 기대되는 분야는 스포츠 및 콘서트 관람이다. 온라인 실황 중계로 같은 장면을 관람할 수 있음에도 관람객들은 굳이 오프라인 경기장이나 공연장에 찾아간다. 평면 스크린으로는 느낄 수 없는 현장감을 느끼기 위해서이다. XR 기기를 활용하는 경우, 기존 기기 보유자들이 온라인에서 느낄 수 없던 현장감이 제공된다. 즉, 스포츠 및 콘서트 관람객들에게 XR 기기는 현장감이라는 확실한 효용을 제공할 수 있고, 이와 관련하여 유의미한 XR 수요 증대도 기대해볼 만하다.

OLEDoS 디스플레이 초기 W-OLED 중장기 RGB 방식

OLEDoS 기술과 관련해서는 White OLED와 컬러필터를 이용한 W-OLED 패널이 초기에 주된 양산 방식으로 활용될 것으로 예상되며 중장기적으로 FMM 등 RGB방식의 OLEDoS를 양산할 수 있는 부품 기술 개발이 이루어지는 경우 RGB OLEDoS의 침투율이 빠르게 높아질 것으로 전망한다.

참고로 현재 OLEDoS 디스플레이에서 White OLED 방식은 3,000~ 5,000 PPI까지 개발이 완료된 상황이며 Apple의 XR은 3,000 PPI의 OLEDoS 디스플레이를 탑재할 것으로 알려져있다. 반면 RGB 형태의 경우 유기물질을 증착하는데 필수적인 FMM 부품 개발이 약 1,000 PPI 수준에 머물러있고 양산경험이 없어 아직 탑재되기 어려운 상황이나 향후 점진적인 기술 개발이 이루어질 것으로 전망한다.

Micro LED 기술은 전사공정(Transfrer)의 어려움으로 시간 필요

한편 OLEDoS 이외에 Micro LED는 기존 LCD와는 다르게 자체발광하는 LED로 RGB를 각각 만드는 방식으로 밝기도 매우 밝아 OLED 디스플레이를 대체할 수 있는 디스플레이다. 하지만 현재까지는 LED pixel pitch 크기를 줄이지 못하고 수율도 낮아 극히 소수의 초대형 고가 TV 위주로 사용되고 있는 상황이고 LED를 기판위에 일일히 옮겨 붙이는 전사기술이 부족해 양산성이 떨어져 XR 기술에 적용되는데 시간이 필요할 것으로 예상된다

AMD가 하이브리드 본딩에 가장 적극적

AMD는 하이브리드 본딩을 적용한 프로세서 양산을 시작했다. AMD는 V-Cache라는 이름으로 명명하고 라이젠7 5800X3D 모델에 처음 적용했다. 하이브리드 본딩 기술을 이용해서 로직 다이 위에 캐시 메모리를 적층했다. 64MB의 7nm SRAM 캐시를 프로세서 위에 수직으로 적층해 칩 당 L3 캐시 용량을 3배로 늘렸다. 2개의 칩이 연결되기 위해 마이크로 범프가 사용되지 않아 연결 밀도가 200배 더 조밀해졌다. AMD는 3세대 EPYC 서버 프로세서에도 768MB의 V-Cache를 적용했다

AMD는 3D V-Cache가 마이크로 범프 3D 연결 대비 비트 당 에너지가 1/3이하, 상호 연결 효율성이 3배 증대된다고 설명한다. 두 다이 간 대역폭은 2TB/s이다. 인터커넥트 피치는 9μm이다. AMD는 최신 패키지 기술에 가장 적극적으로 대응하고 있는 회사다. 2017년 MCM(Multi Chip Module), 2019년 칩렛에 이어 2022년에 하이브리드 본딩을 양산에 적용했다.

스마트폰이나 TV에 사용되는 OLED 패널의 픽셀 크기는 20 ~ 300마이크로미터(㎛)인 반면, 마이크로디스플레이에 사용되는 픽셀의 크기는 4 ~ 20㎛ 수준이다. 현재 OLED 스마트폰과 TV 패널에 적용하는 Oxide/LTPS TFT Backplane은 구조적 문제로 인해 픽셀의 크기를 줄이는 데 한계가 있다. 그러나 유리 기판 대신 실리콘 웨이퍼를 사용하고, TFT가 아닌CMOS(Complementary metal-oxidesemiconductor) 기술을 적용하면 기존 TFT 보다 훨씬 미세한 패턴 공정이 가능하여 마이크로디스플레이처럼 작은 픽셀을 집적할 수 있다.

OLEDoS 마이크로디스플레이는 스마트폰용 OLED 패널의 ‘R,G,B OLED 발광층’ 구조와 달리 LG디스플레이의 OLED TV 패널에 적용되고 있는 ‘WOLED 발광층 + 컬러필터’ 구조를 적용하고 있다. WOLED 발광층을 통해 흰색 빛이 나오면 컬러필터를 통과하여 R, G, B를 구현한다. 이론적으로 RGB OLED 발광 방식이 WOLED 방식 대비 화질과 휘도 등에서 우위가 있으나, 현재 RGB OLED 패널의 해상도를 더 높이는 것은 한계가 있다. 이는 R,G,B OLED 소재를 증착할 때 사용하는 FMM(Fine Metal Mask)의 기술적 한계 때문인데, 해상도를 더 높이려면 FMM의 홀 크기를 지금보다 미세하게 개발하여 마이크로디스플레이의 작은 화소 크기에 맞춰 증착해야 한다. 현재 FMM의 홀 크기는 20~30μm로, 마이크로디스플레이의 화소 크기(4~20μm)를 상회하기 때문에 OLEDoS 마이크로 디스플레이는 FMM이 아닌 오픈 마스크 증착 방식의 WOLED 구조가 적용되고 있다.

현재 OLEDoS 마이크로디스플레이에 적용되고 있는 WOLED 방식은 600ppi 수준으로, 발광층은 OLED를 사용하지만, 색은 LCD와 동일한 컬러필터 방식을 구현하고 있기 때문에 휘도와 화소에 한계가 있다. 특히 WOLED 발광층을 통해 나온 빛이 컬러필터를 통과하면 휘도 손실이 크기 때문에 휘도를 높이기 어렵다.

WOLED 방식이 아닌 기존 중소형 OLED 패널에 적용되고 있는 R,G,B OLED 방식으로 패터닝 하면 휘도를 약 세 배 높일 수 있다. 미국의 마이크로디스플레이 업체인 eMagin은 컬러 필터가 없는 R,G,B OLED 발광층을 증착하여 휘도와 발광 효율을 크게 증가시킨 OLEDoS 기술을 구현한 바 있으며, OLEDoS 기술 개발에 적극적인 BOE 또한 R,G,B OLED 방식을 개발 중인 것으로 파악된다. 향후 마이크로디스플레이는 WOLED 방식의 OLEDoS 방식뿐 아니라 RGB OLED 기반의 OLEDoS 기술 개발 또한 가속화될 것으로 전망된다.

R,G,B OLED 기반의 OLEDoS 마이크로디스플레이가 발전하기 위해서는 FMM 개발이 선행되어야 한다. 현재 XR 기기의 해상도는 최대 600ppi 수준으로, 현재 20㎛ 이상의 FMM의 구멍 크기를 10㎛ 이하로 축소하여 해상도를 높이는 것이 가장 급선무일 것이다. FMM 개발을 진행 중인 업체들에게는 새로운 성장 모멘텀으로 작용할 것이고, OLED 소재 업체들 또한 새로운 어플리케이션이 추가되는 효과를 기대해 볼 수 있다