AR·VR 디바이스의 트렌드와 과제 - 솔루션이 되는 기술과 제품

AR·VR 디바이스 탑재 디스플레이의 신조류

메타버스 관련 시장의 성장에 따라, 새로운 시장의 성장·확대가 기대되고 있는 것이, 그 세계를 체험하기 위해 장착하는 「AR・VR 디바이스」입니다. 이러한 장치는 사용자가 메타버스 세계에 몰입하도록 하는 영상 표시 장치로서 다양한 종류의 디스플레이를 채용하고 있습니다.

AR·VR 디바이스의 판매 대수가 증가함에 따라, 이들에 탑재되는 디스플레이의 시장도 전년 대비 증가하고 있다. 또한 고기능화하는 디바이스의 표시 성능에 따라 채용되는 디스플레이도 매년 조금씩 변화하고 있습니다. 게다가, 최근의 디바이스에서는 사용자의 시각 체험을 향상시키기 위해, 종래의 디스플레이 1장을 양눈으로 시인하는 방식으로부터, 한눈에 1장씩(합계 2장)의 디스플레이를 탑재하는 모델도 늘어나 왔습니다. 그 때문에, AR・VR 디바이스용의 디스플레이 수요도, 오른쪽 어깨 상승으로 계속 성장하고 있습니다.

여기에서는 이러한 배경 아래 가까운 장래의 AR·VR 디바이스에 어떤 디스플레이가 탑재되어 가는지 트렌드를 해설해 나갈 것입니다.

VR 디바이스는 LTPS LCD로 회귀

다른 세계에 들어온 듯한 기분을 느낄 수 있는 VR 기기에 사용되는 디스플레이는 현재 TFT(박막 트랜지스터) 기반의 LTPS LCD(저온 다결정 액정 디스플레이) 또는 AMOLED(액티브 매트릭스 유기 발광 다이오드 디스플레이)가 일반적입니다. 이 두 가지 유형의 디스플레이는 한동안 스마트폰에서 사용되어 왔으며 현재 VR 장치에서 활용되고 있습니다.

특히 AMOLED는 빠른 응답속도와 넓은 색 영역 측면에서 LTPS LCD보다 우수하기 때문에 최근까지 많은 VR 기기에 사용되어 왔습니다. 그러나 AMOLED는 픽셀 어레이 및 밀도와 관련하여 제한이 있습니다. 몇 가지 과제는 PPI(인치당 픽셀 수)를 특정 수준으로 개선하고 색상 불규칙성의 발생을 줄이는 것입니다. 또한 높은 비용으로 인해 장치에 통합하기가 어렵습니다.

이러한 조건 때문에 LTPS LCD는 우수한 PPI와 낮은 가격대로 인해 VR 기기의 주요 디스플레이로 자리 잡았습니다.

LTPS LCD 및 AMOLED 등의 디스플레이 생산에 필요한 공급망은 일본, 중국, 한국, 대만 등에서 확고하게 구축되어 있습니다.

한편, 최근에는 VR 디바이스가 보급됨에 따라 보다 "풍부한 체험"을 요구하는 사용자가 늘고 있습니다. 메타버스의 세계에 익숙한 사용자는 VR 디스플레이에 더 높은 해상도, 더 넓은 색 영역, 더 빠른 응답 속도 등을 요구하게 되었습니다.

이러한 요구에 부응하기 위해 점점 더 많은 브랜드가 VR 기기에 OLEDoS(실리콘 유기 발광 다이오드)를 사용하여 향상된 시각 효과를 제공하고 있습니다. OLEDoS는 유리 또는 폴리이미드 기판 대신 실리콘 웨이퍼에 OLED 회로를 증착하여 더 작은 픽셀과 더 얇은 장치를 가능하게 합니다. 또한 AMOLED 또는 LTPS LCD 디스플레이보다 더 나은 시각적 성능을 제공합니다. 이에 따라 올레도스 기술은 글로벌 메타버스 브랜드, 특히 중국 기업들의 관심과 투자를 받고 있다.

성숙이 기다리는 AR용 디스플레이

AR 장치에 사용되는 대부분의 디스플레이는 실리콘 기판을 사용합니다. 현재 이러한 장치에 사용되는 마이크로 디스플레이 기술에는 LCOS(액정 온 실리콘), DMD(디지털 마이크로미러 장치), LBS(레이저 빔 스캐너), OLEDoS 및 LEDoS(LED 온 실리콘)가 있습니다.

한편, 현시점의 AR 디스플레이는 모두 휘도나 렌즈의 광학 효율 등에 과제가 있어 아직 최적화된 제품은 탄생하지 않았다. 예를 들어, LEDoS를 이용한 디스플레이는 휘도 향상에 적합하지만, 풀 컬러로 표시 성능은 부족하고, 다른 디스플레이 기술도 "일장일단"있는 것이 현상입니다. 이 때문에 AR디스플레이 기술의 성숙에는 2022년 시점에서 앞으로 3~5년이 걸릴 것이라고 합니다.

또한 헤드 마운트 디스플레이와 같은 유형의 장치에서는 "소형화, 박형화, 경량화"하는 것도 매우 중요합니다. 최근 발매되고 있는 VR 디바이스의 디스플레이에, 「프레넬 렌즈」라고 하는 특수한 광학 렌즈가 디스플레이와 조합해 사용되는 케이스가 늘어나고 있는 것도, 디바이스의 사이즈를 작게 하는 것이 목적의 하나입니다. 프레넬 렌즈란, 아래 그림과 같이 동심원형의 홈이 렌즈 표면에 새겨져 단면이 톱니 모양으로 되어 있는 렌즈를 말합니다. 일반적인 렌즈에 비해 얇고 가볍게 할 수 있는 것이 큰 특징입니다.

영상에 '망목'이 보이는 스크린 도어 현상

또, 고화질화를 목표로 하는 VR・AR・MR 디바이스의 디스플레이로 문제가 되고 있는 것이 「스크린 도어 현상」입니다. 스크린 도어 현상이란, 화소와 화소의 틈(=망목 모양)이 보여 버리는 문제입니다. 마치 아바도 너머로 풍경을 보고 있는 것처럼 느끼기 때문에, 영상 세계에의 몰입감이 저해되는 큰 원인이 되고 있습니다.

현재, VR디스플레이의 해상도는 수년 전과 비교하여 비약적으로 향상되어, 디스플레이의 고화소화·고정세화도 진행되어 스크린 도어 현상의 발생은 크게 개선했습니다만, 아직도 완전히 완전히 해결되지 않은 문제입니다.

VR 디바이스용 디스플레이의 화질을 나타내는 수치가 PPD(Pixel Per Degree)입니다. PPD란 디스플레이의 해상도를 나타내는 단위의 하나로, 「시각 1°당 차지하는 화소수」를 의미합니다. 그 계산 방법은 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.

2d(시거리)×r(디스플레이의 화소수)×tan(0.5°)

인간의 눈의 해상도는 일반적으로 "60ppd 전후"로 알려져 있습니다. 2.0의 시력을 가진 사람이 PPD가 60ppd를 넘은 디스플레이의 영상을 헤드 마운트 디스플레이로 볼 수 있다면 “현실과 구별이 되지 않을 것”이라고 한다. PPD를 60ppd에 가깝게 한 디바이스의 개발에, 지금 전세계의 기업이 임하고 있습니다.

VR·AR 디바이스에 공헌하는 덱세리얼즈의 기술

이러한 VR 디바이스나 AR 디바이스에 채용되는 디스플레이의 대부분에, 덱세리얼즈의 제품이나 기술은, 다양한 면에서 공헌하고 있습니다.

이방성 전도성 필름(ACF)은 드라이버 IC를 접합하기 위해 LTPS LCD 및 AMOLED에 널리 사용됩니다. 화소 밀도의 고해상도 디스플레이가 요구되는 가운데, 덱세리얼즈의 독자적인 제품인 입자 배열 비등방성 도전 필름인 ArrayFIX의 활용이 늘고 있습니다. ArrayFix는 특히 고성능 장치에서 이미지 품질을 향상시키는 데 기여합니다.

LCOS 및 OLEDoS에서 디스플레이 회로는 배선에 ACF를 사용하는 실리콘 기판에도 접합되어야 합니다. LTPS LCD 및 AMOLED 같은 유리 기판과 달리 실리콘 기판은 높은 열확산 성능을 가지고 있습니다. 드라이버 IC와 FPC를 접합할 때 발생하는 열은 기판 전체로 빠져나가는 경향이 있어 ACF로 열을 전달하기 어렵습니다. 덱세리얼즈는 디스플레이 기술에 대한 전문성을 바탕으로 최적의 접합 공정을 제안할 수 있습니다.

레이저 광선을 AR 디스플레이의 광원으로 사용하는 경우 광 경로의 구성 요소는 높은 내열성을 가져야 합니다. 무기 디퓨저 및 웨이브플레이트와 같은 무기 광학 부품은 Dexerials Precision Components Corporation(현 Dexerials Photonics Solutions Corporation(DXPS))에서 개발한 제품으로 내열성이 뛰어납니다.

또한 무기 파판은 AR 기기에 자주 사용되는 LCOS 기술의 명암비를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

디스플레이와 함께 VR 기기의 렌즈 주변 부품도 더 얇아져야 하므로 팬케이크 렌즈를 사용할 수 있습니다. 이러한 장치는 여러 개의 유기 편광판과 웨이브플레이트를 적층하여 이미지 품질을 조정합니다. 하지만 라미네이션 과정에서 이미지 품질에 영향을 미치는 파면 수차 및 위상 변화가 발생할 수 있으며 몰입감을 저해할 수 있습니다. 무기 웨이브플레이트는 파면 수차를 일으키지 않고 더 얇은 제품을 구현할 수 있는 대체 옵션으로 사용됩니다. 덱세리얼즈에서 제조하는 무기 소재는 프로젝터에 널리 사용되고 있으며, VR 및 AR 기기에서 사용이 확대될 것으로 예상됩니다.

이와 같이 AR·VR 디바이스와 관련된 다양한 용도로 덱세리얼즈는 최첨단 제품과 차별화 기술을 보유하고 있습니다. 우리는 이러한 기술을 통해 더욱 활약 기회의 증가가 예상되는 메타버스의 성장과 발전에 기여해 나갈 것입니다.