초록 ▼

□ 최종목표
초경량 실감 HMD를 위한 Full HD급 마이크로디스플레이 모듈 칩셋 및 디스플레이 컨트롤러 SoC 개발
- Full HD (1920x1080) LCoS 구동기판 및 모듈 개발
- Full HD LCoS Display Controller SoC 개발
- 고속 액정 개발 및 조립 공정 개발
- 대면적 HMD 기구 시제품
- 구동 시스템 개발 및 평가 장치 개발

□ 개발내용 및 결과
o Full HD (1920x1080) LCoS 구동기판 및 모듈 개발
- Glass

□ 최종목표
초경량 실감 HMD를 위한 Full HD급 마이크로디스플레이 모듈 칩셋 및 디스플레이 컨트롤러 SoC 개발
- Full HD (1920x1080) LCoS 구동기판 및 모듈 개발
- Full HD LCoS Display Controller SoC 개발
- 고속 액정 개발 및 조립 공정 개발
- 대면적 HMD 기구 시제품
- 구동 시스템 개발 및 평가 장치 개발

□ 개발내용 및 결과
o Full HD (1920x1080) LCoS 구동기판 및 모듈 개발
- Glass에 제작되는 TFT 구동 기판과 달리 8”실리콘 기판(wafer)에서 표준 반도체 공정으로 구현되므로 4,000ppi 이상의 고해상도 화소어레이와 각종 peripheral circuit을 집적할 수 있는 System on Display를 위한 구동기판을 개발하였다.
- 기본 구성은 화소어레이, driver IC들을 지니고 있는 TFT 구동모듈과 비슷하지만 화소 회로를 비롯한 각종 회로는 FSC (Field Sequential Color)를 위해 새로운 고성능으로 설계되고 여러개의 칩으로 구성되는 모듈이 아니라 하나의 칩셋에 집적되는 반도체설계 기술이 필요하다.
- 본 개발에서는 Full HD가 가능한 새로운 초소형 아날로그 화소 회로를 제안하였으며, Peripheral Circuit 설계, 내장형 LED Driver Circuit, 저소비전력 Driver 회로 등이 설계되었고 밝기 및 액정 특성에 큰 영향을 미치는 LCoS용 Mirror 구조를 최적화하였다.
- 1차년도에는 HD급 0.5" LCoS 디스플레이 모듈을 개발하여 2차년도부터 사업화를 선행하였으며, 3차년도에 최종 목표인 Full HD급 LCoS 디스플레이 구동기판과 모듈을 개발 완료함.
o Full HD LCoS Display Controller SoC 개발
- Full HD LCoS Display Module을 구동하는 컨트롤러로써 Field Sequential Color (FSC)와 Frame Rate Conversion (FRC)를 지원하기 위해 Frame buffer를 가지고 있다.
- 영상 입출력은 LVDS 인터페이스를 지원하고, 3D 영상 format을 입력 받아서 2개의 패널을 동시에 구동하도록 개발
- 기본적인 Gamma Correction을 비롯하여 가상영상을 표현하는 HMD에 적합하도록 Dimming, Black&White Stretching, pin cushion correction, error diffusion 등의 영상처리 알고리즘이 구현되었다.
- I2C를 통해 패널의 구동용 Register를 제어할 수 있으며, Flash memory에 각종 parameter를 저장할 수 있도록 하였다. 내장된 MICOM은 여러 구동 조건을 프로그램할 수 있으며, 주변 센서들을 제어하도록 하여 HMD 시스템의 성능을 높일 수 있도록 설계함
- 2차년도에 HD급 디스플레이 컨트롤러 SoC를 ASIC하여 상용화하였고, 3차년도에 Full HD급 디스플레이 컨트롤러를 ASIC으로 구현하였다.
o 고속 액정 개발 및 조립 공정 개발
- LCoS 마이크로디스플레이 패널이 FSC를 구현하기 위해서는 빠른 응답 속도가 관건이므로 이를 개선하기 위한 고속액정을 개발함.
- 명암비가 좋은 일반적인 VAN 액정의 응답속도는 5msec 수준인데 반해, 본 연구에서는 액정 물질과 셀 제작 공정을 개선하여 목표치 이상의 2msec 수준의 고속응답 확보하였다.
- 최적의 명암비를 얻기 위한 Pretilt를 찾고 이를 구현하는 공정 조건을 개발하였으며, 생산성을 위해 Wafer-to-Wafer 공정을 신규 개발
o 대면적 HMD 기구 시제품 (수요기관 : 아큐픽스)
- LCoS 디스플레이 구동칩셋을 시연하기 위해 가상연상 연출하는 HMD경통이 필요
- 100”(3m)급의 가상 화면을 보여주는 HMD 반사형 렌즈를 개발하고 미간 조정이 가능한 양안용 경통을 개발하여 시연
- 최적의 Eye Relief, Eye pupil, Eye Box를 구현하였고, 부품을 단순화하여 가격 경쟁력을 확보하였다.
- 목표로 한 HD급, Full HD급 경통 개발을 완료하고 사업화 준비 중
o 구동 시스템 개발 및 평가 장치 개발
- HMD 구조에서 명암비, 밝기, Uniformity, 색혼합 등의 화질을 평가할 수 있는 장치를 독자 개발하여 적용
- 디스플레이 컨트롤러 개발에 앞서 FPGA를 이용한 평가 보드 개발
- HD용, Full HD용 디스플레이 컨틀롤러 SoC 평가 및 이를 이용한 데모 시스템 보드 개발
- WiFi, AP, 9축 센서 등을 장착하여 VR, AR용 구동시스템 개발, 시연
- HMD 세트 시작품용 시스템을 제작하여 데모 및 promotion용으로 활용

□ 기술개발 배경
o 초소형 디스플레이는 HMD를 구성하는 핵심 부품으로써 화질 및 제품 성능의 대부분에 영향을 미쳐 구현되는 가상 화면의 해상도, 화면 사이즈, 색상표현 능력을 결정하기 때문에 실감 HMD를 위해서는 반드시 필요한 핵심 부품이다.
o 현재 출시된 HMD의 해상도는 WVGA급이 주류를 이루고 있는데, 사용되는 마이크로디스플레이의 해상도가 높지 않아서 최근 보급되고 있는 HD급의 3D 영상을 제대로 표현하지 못하고 있으며, 스크린 도어 현상(Screen Door Effect)으로 화면에 그물이 쳐져 있는 것 같은 영상을 보여 주고 있기 때문에 VR시장이 확대되기 위해서는 이에 대한 개선이 필요하다.
o 기존 상용화된 마이크로디스플레이들은 프로젝터를 목표로 개발된 것으로써 화면의 사이즈, 해상도가 너무 크거나 너무 작아서 HMD의 광학시스템을 최적화하기에는 효율적이지 못하며, 웨어러블에 맞는 데이터 및 제어신호 등의 인터페이스가 고려되지 않는 실정이다. 이로 인해 HMD에서는 데이터와 제어신호들을 긴 거리의 단말기로 전송하기 위한 인터페이스 부품과 데이터 처리 부품들이 단말기에 실장 되어야 한다. 이것은 무겁고 두꺼운 안경 구조를 야기하고 있어서 HMD의 실용성을 위해 HMD용 마이크로디스플레이가 반드시 필요하다고 하겠다. 또한 소비전력 부문은 웨어러블 디바이스에게는 필수적인 요건이라고 하겠다.
o 이에 본 연구에서는 HMD 분야에 적합한 고해상도, 최적 화면사이즈, 저소비전력, 최적 인터페이스를 가진 디스플레이와 가상영상용 화질 개선 알고리즘 등을 개발하여 국내 HMD 산업 기반을 발전시키고자 하였다.

□ 핵심개발 기술의 의의
o 국내 유일의 단패널용 LCoS 마이크로디스플레이 구동 칩셋 개발
o 세계 최고 고해상도 마이크로디스플레이 상용화
o 세계 최저 소비전력 마이크로디스플레이 상용화
o 세계 최고 Refresh Rate를 가진 마이크로디스플레이 상용화
o 픽셀 회로를 비롯한 구동회로, 광학, 알고리즘의 핵심 기술 확보
o 마이크로디스플레이 솔루션 국산화 달성 : 제품 및 공정
o 중국, 대만 등 관련 업체와의 기술 제휴 및 제품 판매 진행 중

□ 적용 분야
o VR (Virtual Reality)용 HMD - 민간, 산업, 군사
o 차량용 HUD ( Head-up Display )
o Projector (Front, Pico)
o 광통신 모듈

(출처 : 초록)

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 2기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3기술개발사업 주요 연구성과 ... 10목차 ... 13제 1 장 서론 ... 14 제 1 절 과제의 개요 ... 14제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 (기술개발 내용 및 방법) ... 18 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 18 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 22 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 26 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 35 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 36제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 37 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 37 1. 연차별 연구개발 추진 일정 및 결과 ... 37 2. 연차별 연구개발 추진 실적 ... 40 3. 연차별 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 ... 84 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 85 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망(당초 기술개발 시작 시점의 조사와 변화된것 위주로 기술) ... 87 제 4 절 고용 창출 효과 ... 93 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 94부 록 : 시험성적서, 도면, 설계도 등 ... 95끝페이지 ... 100