Research

[POSTECH 최수석 교수팀, 픽셀형 Local 멀티 스피커 기능의 다채널 사운드 통합 OLED 구현]

 전자전기공학과 최수석 교수, 반도체대학원 박사과정 홍인표 씨 연구팀이 OLED 디스플레이의 각 픽셀마다 서로 다른 소리를 동시에 낼 수 있는 여러개의 스피커 기능의 '픽셀 기반 로컬 사운드(Pixel-based Local Sound)' 기술을 실제 노트북이나 스마트 패트 크기 13인치급 OLED 디스플레이 화면에서 구현하는 기술을 개발했다. 이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 온라인판에 게재됐다. 

 디스플레이 기술은 고화질의 OLED로의 전환과 높은 해상도, QD 등이 고색감등의 영상 화질적 수준을 높이는데 많은 기술적 혁신이 이루어져 왔다. 그러나, 이러한 기술적 혁신의 완성도 수준이 높아지고, 중국 등의 디스플레이 경쟁국과의 치열한 화질개선 경쟁과 함께 초격차된 디스플레이 기술 돌파 연구 및 지금까지의 영상 화질 기술에 추가로 디스플레이 사용 시 사용자가 느끼는 사실감과 몰입도의 극대화를 높일수 있는 기술적 혁신이 필요한 상황이다.

 이러한 측면에서, 디스플레이 사용 시 인간의 여러 시각·청각·촉각 등 다중감각과 센서형 기술을 디스플레이와 호환되게 통합하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 위해 단순히 영상을 보여주는 기능을 넘어 소리와 촉감 등 여러 감각을 함께 전달하는 ‘몰입형 인터페이스’로 진화하고 있다. 

 특히, 현재 디스플레이 사용 시 사용자가 느끼는 몰입감은 영상정보와 청각의 사운드 소리가 완벽하게 어우러지면 사용자의 몰입감의 90% 수준을 결정하며, 크게 디스플레이 사용 몰입감이 높아진다. 이러한 이유로, 현재는 디스플레이의 셋트형 제품을 사용시 사운드바 혹은 다채널 멀티 스피커 등의 별도의 물리적 스피커를 같이 사용하고 있다. 그러나, 별도의 물리스피커의 경우 스피커가 가지는 물리적 부피로 스피커 구성의 공간을 필요로 하며, 자동차 실내등과 같이 좁은 공간에 여러 개의 스피커를 요구하는 경우 더욱 문제가 되고 있으며, 올해 최근 보도에 따르면 자동차 전장화시 디스플레이와 별도의 여러 개의 스피커를 구성하고 있는 상태이다.

 이에 따라 OLED 같은 고화질의 얇고 유연한 디스플레이의 화질과 폼팩터 특성과 호환되어 사용자의 몰입감을 극대화 할 수 있는 사운드 기능을 결합하는 디스플레이 연구와 개발이 관심을 받고 있다. 이러한 디스플레이 혁신화 연구는 최근 디스플레이를 선도하는 국내 기업들을 중심으로 진행되고 있으며, 이러한 사례로 모바일 월드 콘그래스 MWC 2024 등에서 구부러지는 OLED를 스피커에 감아 벤딩하는 기술이나, TV OLED 등에 스피커의 익사이터를 체결하여 OLED 스피커 기술 등을 개발해 오고 있다.

 그러나, 스피커의 소리를 내는 부품들은 동작 시 사운드 진동이 발생하면서 여러 개의 스피커를 구성할 경우 스피커 사운드 간 서로 방해하면서 정밀하게 음향을 제어하기 어려웠고, 여러 개의 멀티 스피커가 동작 시 발생하는 스피커 음향 진동을 영상 픽셀과 같이 제어하는 것이 어려웠고, 스피커 진동 발생원인 익사이터 부피와 두께가 커져 얇고 유연한 OLED의 폼팩터와의 조화성이 부족한 상황이다. 궁극적으로 멀티 스피커의 기능을 합치고 제어하는 기술은 결국 외부에 따로 여러 개의 스피커를 별도로 사용하는 방식이 여전히 필요한 상황이다.

 연구팀은 디스플레이 프레임 내부에 얇은 ‘피에조 엑사이터(piezo exciter)’라는 초소형 부품을 픽셀 배치와 같이 여러 화면 위치에 다중으로 정밀하게 배치했다. 피에조 엑사이터는 전기 신호를 진동으로 바꾸어 소리를 내는 장치로, 일반 스피커처럼 별도의 공간을 차지하지 않으면서도 얇은 디스플레이 안에서 소리를 낼 수 있어 기존의 두께가 큰 익사이터 대비 OLED 와 같은 박형 폼팩터에서 우수한 것이 특징이다. 연구팀은 이를 통해 디스플레이의 각 픽셀이 마치 개별 스피커처럼 작동하면서 픽셀 단위로 각각 다른 소리를 내는 픽셀형의 로컬 사운드 (Local Sound) 기술을 구현했다. 이 과정에서 기존의 여러 스피커 구성 시 OLED의 전체 떨림과 스피커 간 진동 간섭의 기술적 한계를 완벽하게 해결하여, 여러 스피커 간 간섭이 없는 독립적인 사운드 크로스톡 프리 (Sound Crosstalk-free) 멀티 스피커 기능이 구현된 OLED를 최초로 개발하는데 성공하였다.

 이 기술의 가장 큰 장점은 디스플레이의 서로 다른 위치에서 여러 소리를 동시에 낼 수 있다는 점이다. 예를 들어 차량 내에서는 운전석에 앉은 사람은 내비게이션 안내를 듣고, 조수석에 있는 사람은 음악을 즐기는 식으로, 한 화면에서 서로 다른 소리를 들을 수 있다. 또한 여러 개의 스피커를 하나의 OLED 디스플레이 화면에서 동작하게 함으로써, OLED를 사용한 유연하고 박형의 특성을 스마트폰이나 가상현실 기기에서도 사용자의 머리 움직임이나 손가락 위치에 따라 공간감 있는 소리를 제공할 수 있어, 더욱 생생한 몰입감을 느낄 수 있다.

 더욱 주목할 점은, POSTECH 연구팀은 기술은 실제로 노트북 혹은 스마트 패드에 사용되는 크기인 13인치 OLED 패널을 통해서 실제 OLED 디스플레이 화면 동작 상황에서 원하는 화면 위치에서 별도로 다른 사운드 스피커가 동작하도록 만들어 실험까지 마친 상태라 상용화 가능성도 매우 높다고 할 수 있다. 얇고 가벼운 OLED 디스플레이의 장점은 그대로 살리면서도, 고음질 스피커를 따로 달 필요 없이 화면 자체에서 고급 음향을 들려줄 수 있다는 점도 주목할 만하다.

 최수석 교수는 “디스플레이가 단순히 영상만 보여주는 것이 아니라, 시각과 청각을 모두 아우르는 인터페이스로 진화할 가능성을 보여주었다”라며 OLED 디스플레이 사용 몰입감 증가와 함께 “스마트폰, 자동차, 노트북 등 다양한 전자기기에서 얇고 가벼운 디자인을 유지하면서 고음질 사운드를 구현해 차세대 디바이스의 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다.

 한편, 이번 연구는 산업통상자원부 전자부품 기술혁신사업, POSTECH 반도체 대학원 지원 사업 프로그램의 지원을 받아 수행됐다. 

DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202414691