1. 서 론

마이크로 디스플레이(Micro Display)는 1~2인치 크기의 소형 디스플레이 장치로서 고해상도 영상 제공과 휴대성 덕분에 증강현실(Augmented Reality, AR)과 가상현실 (Virtual Reality, VR)과 같은 몰입형 기술 및 웨어러블 기기에 적합한 솔루션으로 주목받고 있다[13,23]. 특히, AR/VR 기기에서 몰입감 있는 시각적 경험을 제공하는 핵심 부품으로, 스마트 안경과 같은 기기에서는 눈의 피로를 최소화하면서 정보를 효율적으로 전달할 수 있다[3,20]. 또한, 군사 및 의료 분야에서도 중요한 역할을 하는데, 군사용 헤드업 디스플레이(Head-Up Display, HUD) 시스템에서는 전장의 정보를 제공하고, 의료 기기에서는 실시간 데이터를 시각적으로 보여주는 데 사용된다[9]. 향후 마이크로 디스플레이 기술은 AR/VR 보급의 확대, 스마트 안경 상용화, 맞춤형 디스플레이 수요 증가에 따라 급격한 성장이 기대되는 분야이다. 이 기술은 소형화 및 저전력화가 중요한 미래 전자기기에서 핵심적인 역할을 할 것으로 보이며, 더 나은 사용자 경험을 제공하고 관련 기업의 혁신을 촉진하는 데 중요한 기여를 할 것으로 전망된다.

마이크로 디스플레이 기술에 대한 동향을 분석하는 연구는 여러 측면에서 중요하다. 첫째, AR/VR, 웨어러블 기기, 군사 및 의료 기기 등 다양한 응용 분야의 최신 동향을 이해함으로써 기업이 변화하는 시장에 신속하게 대응할 수 있는 기반을 마련할 수 있다. 이를 통해 새로운 시장 기회를 포착하고, 기존 제품을 개선할 전략적 통찰을 제공받을 수 있다. 둘째, 기술 개발 정책 및 전략 수립에 중요한 지침을 제공한다. 유기발광 다이오드(OLED), 마이크로 발광 다이오드(MicroLED), 액정 실리콘(LCoS) 등과 같은 마이크로 디스플레이 관련 요소 기술들의 발전 방향을 파악함으로써 R&D 방향 설정을 보다 명확히 할 수 있으며, 이를 통해 차별화된 제품 개발을 위한 중요한 정보를 획득할 수 있다. 셋째, 마이크로 디스플레이 산업 내 기업들의 투자 및 비즈니스 의사결정 과정에서 중요한 역할을 한다. 산업 내 기업들은 마이크로 디스플레이 기술의 동향을 파악함으로써 투자 위험을 줄이고 최적의 투자 기회를 식별할 수 있고, 이를 통해 혁신적인 마이크로 디스플레이 제품 개발 과정에서 보다 효율적으로 자원을 배분할 수 있다. 넷째, 마이크로 디스플레이 기술이 성숙하면서 표준화 및 규제 대응이 필요한 시점에서 동향 분석은 필수적이다. 표준화와 규제 요건을 준수하기 위해 필요한 준비를 사전에 할 수 있으며, 이로 인해 장기적인 전략 수립이 더욱 용이해질 것이다. 마지막으로, 마이크로 디스플레이 산업 내 경쟁 분석을 통해 기업은 경쟁사와의 차별화 전략을 수립할 수 있다. 경쟁사의 기술 개발 동향을 분석하여 자사의 경쟁 우위를 강화할 수 있는 차별화된 전략을 마련할 수 있고, 이를 통해 시장에서의 입지를 공고히 할 수 있다. 따라서 마이크로 디스플레이 기술의 동향 분석은 기업이 지속적인 혁신과 성장을 이루기 위해 필수적인 과정이라고 할 수 있고, 기술 환경이 빠르게 변화하는 가운데 동향 분석을 통해 기술 발전을 예측하고 그에 따른 전략을 수립하는 것은 기업이 성공적으로 경쟁력을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

본 연구에서는 마이크로 디스플레이 기술 분야를 대상으로 특허 데이터를 수집하고 이에 토픽 모델링(Topic Modeling) 기법을 적용하여 기술 동향을 분석하고자 한다. 앞서 논의한 바와 같이 마이크로 디스플레이 기술은 산업적 시의성과 관련 기업들의 기술개발 전략적 중요성을 가짐에도 불구하고 해당 기술의 동향을 체계적으로 분석한 연구 문헌은 부족하고, 특히 텍스트 마이닝 방법 중 유망한 기법 중 하나인 토픽 모델링을 마이크로 디스플레이 특허 데이터에 적용하여 기술적 주제 및 그 추세를 식별하는 응용 연구는 충분치 않다. 본 연구는 그러한 공백을 채우는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

2. 마이크로 디스플레이 기술

마이크로 디스플레이 기술은 디스플레이 성능, 전력 효율, 제조 비용, 적응성을 결정하는 다양한 기술 요소들로 구성되어 있다[10]. 주요 기술로는 패널 기술, 광원 및 광학 기술, 구동 기술, 제조 및 공정 기술, 열 관리 및 신뢰성 기술, 인터페이스 및 통합 기술 등이 있으며 각각 디스플레이의 성능과 신뢰성에 중요한 영향을 미친다[1,28].

첫째, 패널 기술은 해상도, 색 재현력, 밝기 등 마이크로 디스플레이의 성능을 결정한다. 대표적인 패널 기술로는 액정 디스플레이(LCD), 유기발광 다이오드(OLED), 마이크로 발광 다이오드(MicroLED), 액정 실리콘(LCoS) 등이 있다. LCD는 저렴하지만 명암비와 시야각이 제한적이고, OLED는 고해상도와 빠른 응답 속도를 제공하지만 번인 (burn-in) 현상으로 수명이 단축될 수 있다. MicroLED는 높은 밝기와 전력 효율을 제공하나 제조 공정이 복잡하고 비용이 높고, LCoS는 고해상도를 제공하지만 밝기에서 상대적으로 약한 성능을 보인다[6].

둘째, 광원 및 광학 기술은 마이크로 디스플레이에서 생성된 이미지를 효과적으로 전달하는 데 필수적이다. LED와 레이저가 주요 광원으로 사용되며, AR/VR 기기에서는 높은 밝기, 넓은 시야각, 이미지 왜곡 최소화가 중요하다. 비구면 렌즈와 회절광학소자(DOE)가 주로 사용되며, 현실 세계와 가상 이미지를 자연스럽게 통합하는 데 기여한다[21].

셋째, 구동 기술은 픽셀 제어 및 전력 소모 최적화에 중요한 역할을 한다. 고해상도 마이크로 디스플레이는 빠른 데이터 전송과 정밀한 픽셀 제어가 필요하며, 전력 관리 시스템은 배터리 수명을 연장하고 전력 소모를 줄이는 데 기여한다. MicroLED 및 OLED 디스플레이에서는 정밀한 전류 제어 기술이 요구된다[17].

넷째, 제조 및 공정 기술은 디스플레이 성능, 비용, 수율에 중요한 영향을 미친다. 리소그래피와 증착 기술은 고해 상도 패널 제작에 필수적이며, MicroLED 제조에는 레이저 전사 기술이 사용된다. 자동화 기술은 생산 비용 절감과 대규모 상용화를 가능하게 한다[27].

다섯째, 열 관리 및 신뢰성 기술로서 OLED와 MicroLED는 발열 문제로 성능 저하 및 수명 단축이 발생할 수 있다는 점에서 마이크로 디스플레이는 발열 관리가 중요하며, 특히 열 전도성이 우수한 소재와 방열 구조의 최적화가 필요하며 인캡슐레이션 기술은 외부 환경으로부터 디스플레이를 보호해 장기적인 신뢰성을 보장한다[8].

여섯째, 인터페이스 및 통합 기술로서 마이크로 디스플레이는 다양한 기기와 통합되기 위해 고속 신호 처리와 데이터 전송 기술이 요구된다. AR/VR 기기에서는 고속 데이터 전송이 필수적이며, 표준 인터페이스 기술은 다른 시스템과의 호환성을 유지하고 응용 범위를 확장한다[5].

위에서 살펴본 마이크로 디스플레이의 기술 요소들을 정리하면 <Table 1>과 같으며, 이러한 기술 요소들은 마이크로 디스플레이의 성능을 향상시키고 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 한다.

3. 연구 방법

기술 동향 및 추세를 분석하는 방법론은 기술 개발과 혁신의 방향성을 파악하고 미래 기술의 가능성을 예측하는 데 중요한 역할을 한다. 본 절에서는 기술 동향 및 추세 분석을 위해 널리 활용되고 있는 일반적인 방법론들을 검토한 후 본 연구에서 적용한 분석 방법을 제시하고, 분석 범위 및 분석에 활용한 데이터와 그 처리 방법에 관해 기술한다.

3.1 주요 기술 동향 및 추세 분석 방법론

기술 동향 및 추세 분석은 기술 개발과 혁신의 방향성을 파악하고 이를 기반으로 미래 기술 가능성을 예측하는 중요한 과정이다. 주요 분석 방법론으로는 특허 분석, 문헌 분석, 기술 로드맵, 기술 수명주기 분석 등을 비롯해 빅데이터 분석 및 기계학습 등 범용적인 기법을 기술 동향 및 추세 분석에 특화시켜 적용하는 접근법이 있다. 각각의 방법론은 대상 기술의 발전 경로를 이해하고 전략적 결정을 지원하는 데 활용된다.

특허 분석은 기술 개발 동향을 파악하기 위한 중요한 방법론으로, 기술적 성과를 반영하는 특허 데이터를 활용 하여 특정 기술 분야의 혁신 경향을 체계적으로 분석하는 데 사용된다. 이를 통해 기술 개발 경로, 주요 연구자 및 기업을 식별할 수 있으며, 지리적 및 산업적 분포를 시계열적으로 분석할 수 있다. 특허지도(Patent Mapping)는 기술 적 유사성을 시각적으로 표현해 기술 클러스터를 식별하는 데 유용하며[25], 인용 분석(Citation Analysis)은 주요 기술과 핵심 연구자, 주요 기업을 파악하는 데 활용된다[19].

문헌 분석은 주로 학술 논문을 바탕으로 연구 개발 동향을 파악하는 방법으로, 특정 기술 분야에서 연구되는 주요 주제와 연구자들의 협력 관계를 이해하는 데 유용하다. 문헌 데이터는 학술 논문을 기반으로 특정 연구 주제가 어느 시점에 주목받고 있는지, 연구자 간 협력은 어떤 식으로 이루어지고 있는지를 분석하는 자료로 사용된다. 또한, 협업 네트워크 분석을 통해 연구자 간의 공저자 관계를 시각화하고, 연구 커뮤니티 내에서의 협력 구조를 파악할 수 있다.

기술 로드맵(Technology Roadmapping)은 특정 기술의 장기적인 발전 경로를 체계적으로 예측하고, 이를 기반으로 전략적 계획을 수립하는 도구이다[24]. 기술 로드맵은 기술 개발 목표와 이를 달성하기 위한 과제, 타임라인 등을 제시함으로써 기업의 장기적인 기술 투자 방향을 설정하는 데 기여한다. 시나리오 분석(Scenario Analysis)과 결합하여 다양한 외부 요인을 고려한 유연한 전략 수립이 가능하다.

기술 수명주기 분석(Technology Life Cycle Analysis)은 기술의 도입, 성장, 성숙, 쇠퇴 단계를 분석하여 기술 발전 단계별 특성과 전략적 시사점을 도출하는 기법이다. 이를 통해 각 기술이 어느 단계에 있는지를 파악하고, 그에 맞는 전략을 수립하는 데 기여한다. 기술 수명주기는 기업이 기술 투자를 효율적으로 계획하고 자원을 배분하는 데 있어 중요한 역할을 한다[11].

그 외 범용적인 방법론으로서 빅데이터 분석 및 기계학습은 대규모 기술 데이터를 분석하여 기술 동향을 파악하고 미래 발전 가능성을 예측하는 정량적 방법론으로 활용 될 수 있다. 빅데이터 분석을 통해 방대한 양의 특허, 논문 등의 데이터를 활용해 기술적 트렌드와 패턴을 도출하고, 예측 모델링(Predictive Modeling)을 통해 미래 기술 발전 경로를 모델링할 수 있다. TFDEA(Technology Forecasting Data Envelopment Analysis)는 시계열적으로 기술 효율성을 분석하는 방법으로, 기술 프런티어의 변화를 추적하고 기술 혁신 경향을 이해하는 데 사용된다[12].

위에서 설명한 다양한 방법론들은 각기 다른 특성과 분석 목표를 가지고 있지만, 모두 기술 동향을 체계적으로 분석하고 미래 전략을 수립하는 데 중요한 기초 자료를 제공한다. 특히 특허 분석과 문헌 분석은 기술 발전을 이해하는 중요한 정보원을 제공하며, 텍스트 마이닝(Text Mining)과 토픽 모델링은 이 두 자료 모두에서 효과적으로 활용될 수 있다. 텍스트 마이닝 및 토픽 모델링을 적용하여 기술 동향을 분석한 연구 사례들은 다수 존재하는데, 인공지능 반도체 산업의 기술 동향 분석[16], 스마트 제조 기술 특허 동향 분석[29], 핀테크 연구 동향 분석[14], 블록 체인 기술 추세 및 특허분석[26,30] 등을 찾을 수 있다. 각 방법론의 독자적인 접근 방식은 기술 발전 가능성을 탐구하고, 기업 및 연구 기관이 향후 기술 개발 방향성을 설정하는 데 중요한 기여를 한다.

3.2 본 연구의 분석 방법

본 연구의 연구방법은 앞서 소개한 여러 가지 방법론들 중 특허 분석을 이용하는 것이며, 마이크로 디스플레이 기술 관련 광범위한 특허 데이터베이스를 토대로 기술개발 동향을 식별하기 위해 텍스트 마이닝 기법 중의 일종인 토픽 모델링을 적용한다.

특허는 문서가 가지고 있는 정보들로 인해 기술과 연구 동향을 파악할 수 있는 대표적인 데이터이며 일반적으로 특허문서의 80%는 기술정보로 구성되어 있다. 특허 정보를 정확하게 조사하면 기술의 독창성, 진보성, 상업적 잠재력을 평가할 수 있다[15]. 특허 데이터에 포함된 정보들은 제목, 초록, 기술, 청구항 등의 텍스트로 이루어져 있고 데이터들은 기술정보로서 큰 가치를 가지고 있다.

텍스트 마이닝과 토픽 모델링은 문헌과 특허 분석 모두 에서 사용될 수 있는 분석 기법이다. 텍스트 마이닝은 자연어 처리 기법을 사용하여 대규모 문헌과 특허에서 주요 키워드와 연구 주제를 추출하는 데 활용된다. 문헌 분석에서는 논문 간의 연구 주제를 자동으로 분류하고, 연구 동향을 파악하는 데 주로 사용되며, 토픽 모델링은 주제 간 관계 및 주요 연구 영역을 명확하게 도출하는 데 기여한다. 특허 분석에서도 텍스트 마이닝 기법을 통해 특허 내용의 주요 주제를 도출하고, 이를 바탕으로 기술의 발전 흐름을 분석할 수 있다. 따라서 토픽 모델링과 텍스트 마이닝은 특허와 문헌 모두에 활용될 수 있으며, 기술 발전의 중심 축을 이해하는 데 필수적인 도구로 기능한다.

본 연구에서는 BERTopic[7]을 활용하여 특허 데이터의 토픽 모델링을 수행한다. BERTopic은 최근 토픽 모델링 분야에서 주목받고 있는 기법으로, BERT(Bidirectional Encoder Representations from Transformers) 임베딩을 활용해 문서 간 의미적 유사성을 보다 정교하게 파악할 수 있다. BERTopic은 문서 임베딩을 클러스터링하여 토픽을 도출하며, 이를 통해 기술 관련 문서들의 주요 주제와 연구 동향을 효과적으로 파악할 수 있다. BERTopic의 주요 장점은 문서 간의 의미적 유사성을 기반으로 주제를 추출함으로써, 기존의 LDA(Latent Dirichlet Allocation)[2]와 같은 전통적인 토픽 모델링 기법보다 더 정확하고 일관된 토픽을 도출할 수 있다는 점이다. 또한, 동적 토픽 모델링이 가능하여, 시간에 따라 주제의 변화 양상을 시각적으로 분석할 수 있다. 이는 마이크로 디스플레이 기술의 시간적 발전 경향을 이해하고, 미래 기술 가능성을 예측하는 데 유용한 정보를 제공할 수 있다[18]. 따라서 본 연구에서는 BERTopic을 이용한 토픽 모델링 기법을 통해 마이크로 디스플레이 기술의 특허 데이터를 분석하고, 주요 기술 주제와 그 변화 양상을 도출함으로써 기술 발전 경로를 체계적으로 파악하고자 한다.

3.3 분석의 범위 및 데이터 처리 방법

마이크로 디스플레이 기술과 관련된 특허 데이터셋은 한국 특허청이 운영하는 특허정보검색서비스인 키프리스(KIPRIS)의 해외특허 검색 기능을 통해 수집하였다. 특허 검색의 지역적 범위는 미국, 유럽, 일본, 중국, 그리고 PCT(Patent Cooperation Treaty) 국제출원을 포함하며, 시간적 범위는 2005년부터 2023년까지로 설정하였다. 이와 같은 지역적, 시간적 범위 내에 포함되는 특허 문서 중 ‘초록’ 필드를 대상으로 검색식 ‘micro^3display’를 적용하여 검색어 ‘micro’와 검색어 ‘display’가 초록 내에 최대 거리 3개 단어 이내로 존재하는 특허 문서를 추출하였다. 키프리스에서 제공되는 특허 데이터셋에는 ‘발명의 명칭’과 ‘청구항’ 등 특허 기술의 내용을 나타내는 다른 필드도 존재하나, 초록이 특허 기술의 전반적인 내용을 가장 세부적이고 구체적으로 표현한다고 판단하여 해당 필드에 대해서만 검색식을 적용하였다.

최종적으로 분석의 대상이 된 특허 문서의 개수는 4,834 건이며, 토픽 모델링을 수행하기 위해 해당 특허 문서의 초록에 다양한 전처리 과정을 적용하였다. 먼저, 원본 텍스트 데이터를 소문자로 변환하고 구두점(punctuation)과 숫자를 제거하여 데이터의 일관성을 확보하였다. 이후 토큰화(tokenization)를 통해 각 단어를 개별적으로 분리한 후 2글자 이하의 단어와 불용어(stopwords)를 필터링하여 분석에 불필요한 정보를 제거하였다. 불용어 목록은 자연어 처리 파이썬 라이브러리 중 하나인 NLTK(Natural Language Toolkit)의 기본 불용어에 특허 문서에서 빈번히 사용되는 용어들을 추가하여 확장하였다. 텍스트의 정규화를 위해 spaCy 라이브러리를 사용하여 표제어 추출(lemmatization)을 수행하였으며, 특히 명사만을 추출하여 분석의 정확성을 높였다.

BERTopic의 적용을 위한 문서 임베딩 차원 축소에는 UMAP(Uniform Manifold Approximation and Projection)[22] 을 사용하였으며, 이웃 수를 15, 구성 요소 수를 5로 설정하였다. 클러스터링 알고리즘으로는 HDBSCAN(Hierarchical Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)[4]을 사용하여 최소 클러스터 크기를 10으로 설정함으로써 충분한 밀집도를 갖춘 클러스터만 형성하도록 하였다. 분석 과정에는 UMAP, hdbscan, 그리고 BERTopic 등 파이썬 기반 라이브러리를 활용하였고, 이를 통해 각 특허 문서의 주요 주제와 해당 주제에 속할 확률을 도출하였다. 분석 방법의 구현은 Python 3.11.8 버전을 기반으로 하였으며, 사용된 주요 라이브러리와 버전은 numpy 1.26.4, pandas 2.1.4, nltk 3.8.1, spacy 3.7.5, bertopic 0.16.2, umap 0.1.1, hdbscan 0.8.37 등이다.

4. 연구 결과

4.1 특허 데이터 기반 토픽 모델링 결과

4.1.1 토픽별 주요 키워드

BERTopic 기반의 토픽 모델링을 수행한 결과 저자가 판단컨대 유의미한 주제로 식별될 수 있는 상위 6개의 토픽을 추출하였다. 생성되는 토픽의 개수는 min_topic_size 등의 BERTopic 자체 파라미터 또는 HDBSCAN의 min_cluster_size 파라미터 등을 조정하여 통제할 수 있고, Topic Coherence 점수로 토픽의 품질을 평가하여 적절한 토픽 개수를 선택할 수 있다. 다만, 본 연구에서는 기계적인 토픽 개수 선정 방식보다는 추출된 토픽의 키워드를 통해 맥락에 맞고 기술적 해석이 가능한 의미를 추론할 수 있는지 여부를 토대로 토픽의 개수를 정성적으로 설정 하였으며, 그 결과 상위 6개의 토픽이 가장 적절한 것으로 판단하였다. 각 토픽별 주요 30개 키워드와 이를 토대로 해당 토픽을 명명한 결과는 <Table 2>와 같다.

4.1.2 (토픽 0) 마이크로 디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술

토픽 0에서는 마이크로 디스플레이(microdisplay), 층(layer), 공진(microcavity), 구조(structure), 패키징(packaging) 등 마이크로디스플레이 패널의 구조와 제조 과정에서 중요한 요소들을 나타내는 키워드가 추출되었으며, 주요 키워드들의 중요도를 워드클라우드 형태로 표시하면 <Figure 1>과 같다. 웨이퍼(wafer), 기판(substrate), 실리콘(silicon), 반도체(semiconductor)와 같은 용어는 마이크로디스플레이 제조의 반도체 공정을 나타내며, 포토레지스트(photoresist), 양극(anode), 음극(cathode)은 전자 부품의 증착 및 구조화와 관련된 과정임을 의미한다. 또한, 패키징, 보호, 구조 등의 키워드는 소자의 신뢰성을 확보하기 위한 패키징 기술의 중요성을 강조하고 있다. 이러한 키워드들의 분석을 바탕으로 본 토픽은 마이크로디스플레이의 제조 공정과 패키징 기술에 중점을 두고 있음을 알 수 있다.

이 토픽은 패널을 제조하는 데 필요한 재료와 정밀한 제조 공정, 그리고 소자의 신뢰성을 유지하기 위한 패키징 기술을 다루며, 이를 통해 마이크로디스플레이의 품질과 성능을 높이는 것을 목표로 한다. 따라서, 본 토픽은 “마이 크로 디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술”로 명명될 수 있다. 이 토픽은 앞서 2장에서 논의된 주요 기술 영역 중 제조 및 공정 기술과 열 관리 및 신뢰성 기술에 해당한다. 마이크로디스플레이의 정밀한 제조 공정은 소자의 기본 성능을 결정하며, 패키징과 열 관리 기술은 장기적인 신뢰성과 성능 유지에 중요한 역할을 한다. 이러한 기술들은 마이크로디스플레이의 전반적인 품질과 내구성에 직접적인 영향을 미친다.

4.1.3 (토픽 1) 디스플레이 패널 조립 및 전극 연결 기술

토픽 1에서는 패널(panel), 와이어(wire), 스플라이싱(splicing), 영역(area) 등 디스플레이 패널 제조의 전기적 및 구조적 측면과 관련된 키워드가 추출되었으며, 주요 키워드들의 중요도를 워드클라우드 형태로 표시하면 <Figure 2>와 같다. 전극(electrode), 기판(substrate), 조립(assembly)과 같은 용어는 전극 연결에 필요한 기술적 과정을 강조하고 있으며, 프레임(frame), 브래킷(bracket), 지지대(support)는 패널의 안정성과 기능성을 확보하기 위한 구조적 요소를 반영한다. 또한, 금속과 플레이트는 내구성과 기계적 강도를 높이는 역할을 하며, 이러한 키워드는 디스플레이 패널 기술에서 조립과 전극 연결 과정을 담아내고 있다.

이 토픽은 기판과 전극의 결합, 브래킷, 지지대, 프레임 등 구조적 요소의 통합을 통해 장치의 물리적 무결성을 보장하는 기술을 다루며, 전극 연결의 효율성을 높이고 패널 성능을 강화하기 위한 스플라이싱 및 조립 기술도 포함하고 있다. 금속 부품과 플레이트는 기계적 강도를 제공하고, 홈과 슬롯 같은 설계 요소는 패널의 안정성과 기능성을 향상시키는 데 기여한다. 이에 본 토픽은 “디스플레이 패널 조립 및 전극 연결 기술”로 명명할 수 있고, 2장에서 논의한 주요 기술 영역 중 패널 기술과 구동 기술의 결합에 해당한다. 패널 조립 과정에서 전극과 회로의 연결은 패널 구동 효율성에 직접적으로 기여하며, 전력 전달과 신호 처리의 안정성을 보장한다. 또한, 조립 기술은 마이크로디스플레이의 해상도와 전력 효율을 결정짓는 중요한 요소로 작용하며, 패널의 물리적 구조와 전기적 특성을 최적화하는 데 핵심적인 역할을 한다.

4.1.4 (토픽 2) 디스플레이 밝기 및 색상 제어 기술

토픽 2에서는 디스플레이 기술에서의 밝기, 색상, 광 출력 관리와 관련되는 밝기(brightness), 색상(color), 감마 (gamma), 서브픽셀(subpixel), 삼색(tricolor) 등의 주요 키워드가 추출되었으며, 주요 키워드들의 중요도를 워드클라우드 형태로 표시하면 <Figure 3>과 같다. 이러한 키워드들은 최적의 색상 및 밝기 수준을 달성하기 위한 기술적 과정을 반영하며, 디스플레이가 고품질의 시각적 성능을 제공할 수 있도록 하는 기술과 관련된다. 또한, 전력 소비 및 조명 조절과 관련된 키워드들이 포함되어 있어 다양한 조명 조건에서 에너지 효율성과 적응성을 유지하는 기술적 요소를 포함한다.

이 토픽은 광 출력, 감마 보정, 색상 보정을 최적화하는 기술을 포함하며, 서브픽셀 관리, 전력 소비 조절, 조명 수준 조정 등의 과정을 통해 패널의 성능을 높이는 기술을 아우른다. 또한, 패널 전반에 걸친 빛의 균일성 유지와 색상 및 밝기의 정밀 조정을 통해 고품질의 발광 특성을 확보하는 방법을 다룬다. 이 과정에서 스케일, 지속 시간, 강도 조절과 같은 기술적 요소도 고려되어, 다양한 조명 조건에 서도 일관된 디스플레이 품질을 유지하는 데 기여한다. 이러한 점에서 본 토픽은 “디스플레이 밝기 및 색상 제어 기술”로 명명될 수 있다. 그리고 이 토픽은 앞서 2장에서 논의한 주요 기술 영역 중 광원 및 광학 기술의 범주에 속한다고 볼 수 있다. 디스플레이의 색 재현성 및 밝기 균일성은 최종 이미지 품질을 결정하는 중요한 요소로, 감마 보정, 서브픽 셀 제어, 색상 필터링 등의 기술을 통해 휘도와 색 재현율을 향상시킨다. 또한, 광원의 효율적 사용과 빛의 경로 최적화는 전력 소비를 줄이면서도 고품질의 영상을 제공하는 데 필수적이다. 이러한 색상 보정 및 밝기 최적화 기술은 고해 상도 디스플레이에서 특히 중요하며, 이를 통해 더욱 자연스럽고 선명한 이미지를 구현할 수 있다.

4.1.5 (토픽 3) 스마트 안경 및 웨어러블 멀티미디어 장치 기술

토픽 3에서는 멀티미디어 기능과 스마트 안경 디자인을 결합한 웨어러블 장치와 관련한 유리(glass), 멀티미디어(multimedia), 비디오(video), 안경(eyeglass) 등의 주요 키워드가 추출되었으며, 주요 키워드들의 중요도를 워드클라우드 형태로 표시하면 <Figure 4>와 같다. 안경, 렌즈(lens), 프레임(frame), 카메라(camera), 배터리(battery)와 같은 용어는 물리적 구성 요소를 강조하며, 비디오(video), 플레이어(player), 전화(phone), 멀티미디어(multimedia)는 통합된 기술을 반영하고 있다. 또한, 착용자(wearer), 전원(power), 거리(distance)와 같은 용어는 다양한 조건에서 사 용자 경험과 장치의 기능성과 관련한 기술을 의미한다.

이 토픽은 스마트 안경과 웨어러블 멀티미디어 장치의 개발 및 통합을 다루며, 렌즈, 프레임과 같은 물리적 구성 요소에 카메라, 디스플레이, 배터리를 결합하여 비디오 재생, 전화 통신, 카메라 기능 등을 제공하는 것을 포함한다. 또한, 전원 공급, 유틸리티 통합, 모듈 최적화를 통해 안경 구조 내에서 사용자 편안함과 기능성을 보장하는 것을 다룬다. 따라서, 본 토픽은 “스마트 안경 및 웨어러블 멀티미디어 장치 기술”로 명명될 수 있다. 이 토픽은 앞서 2장에서 논의된 주요 기술 영역 중 인터페이스 및 통합 기술과 광원 및 광학 기술의 결합에 해당한다. 스마트 안경은 휴대성과 편의성을 극대화하며, 고성능 마이크로디스플레이를 다양한 응용에 통합하는 것을 목표로 한다. 특히, AR이나 VR 응용에서 고성능 디스플레이의 역할이 중요하며, 웨어러블 기기에서 디스플레이와 센서의 통합은 사용자 경험을 극대화한다. 또한, 전력 관리의 효율성과 경량화된 설계는 스마트 안경이 다양한 실생활 응용에서 사용자의 시각 경험을 개선하는 데 기여한다.

4.1.6 (토픽 4) 증강 현실 디스플레이를 위한 광학 웨이브가이드 및 결합 기술

토픽 4에서는 AR 기술에서의 광학적 구성 요소와 관련한 웨이브가이드(waveguide), 회절(diffraction), 격자(grating), 현실(reality) 등의 주요 키워드가 추출되었으며, 주요 키워드들의 중요도를 워드클라우드 형태로 표시하면 <Figure 5>와 같다. 웨이브가이드, 결합(coupling) 등의 키워드는 AR 기술 에서 빛의 경로를 효율적으로 제어하고 전달하는 기술과 관련되고, 회절과 격자는 가상 이미지를 정교하게 투사하는 데 필수적인 광학 기술로서 디스플레이의 시각적 품질을 높이는 기술과 연결된다. 한편, 편광(polarization), 콜리메이팅(collimating) 요소는 빛의 경로와 분포를 정밀하게 제어하여 시각적 왜곡을 줄이고 선명한 이미지를 제공하는 기술과 관련된다.

이 토픽은 웨이브가이드 구조, 회절, 격자, 결합 기술을 통해 AR 디스플레이에서 빛의 전파를 제어하는 것을 다루고, 입광결합(in-coupling) 및 출광결합(out-coupling)과 정을 통해 빛의 입력과 출력을 관리하여 가상 이미지를 투사하기 위한 최적의 빛을 전달하는 기술을 포함한다. 정밀한 빛 처리를 위한 편광 및 콜리메이팅 요소의 통합 기 술, AR 환경에서 복잡한 이미지 정보를 실시간으로 렌더링하기 위한 멀티플렉싱 기술, 이를 통해 시각적 왜곡을 최소화하고 높은 품질의 이미지를 제공하는 기술 등을 다룬다는 점에서, 본 토픽은 “증강 현실 디스플레이를 위한 광학 웨이브가이드 및 결합 기술”로 명명될 수 있다. 한편, 이 토픽은 앞서 2장에서 논의된 주요 기술 영역 중 광원 및 광학 기술과 인터페이스 및 통합 기술에 해당한다. 본 토픽의 기술은 AR 및 VR 응용에서 고해상도 이미지의 실시간 제공에 기여하며, 빛의 경로 제어와 반사 및 굴절의 최적화는 시각적 정확도와 몰입감을 높인다. 이로 인해, 본 토픽은 증강 현실의 시각적 성능을 향상시키는 데 필수적인 기술로 정의될 수 있다.

4.1.7 (토픽 5) 양자점 기반 풀컬러 디스플레이의 색상 재현성 및 변환 효율 최적화

토픽 5에서는 양자점(quantum dot) 기술을 활용한 색 재현성과 변환 효율과 관련한 양자(quantum), 점(dot), 변환(conversion), 풀컬러(fullcolor) 등의 주요 키워드가 추출되었으며, 주요 키워드들의 중요도를 워드클라우드 형태로 표시하면 <Figure 6>과 같다. 양자점, 변환, 풀컬러 등의 키워드는 디스플레이 기술에서 색 재현성을 극대화하고 변환 효율을 향상시키기 위한 핵심 요소들을 나타내며, 폴리머(polymer) 층, 사다리꼴 미세 구조(trapezoidal) 등의 키워드는 광학적 특성을 최적화하고 크로스톡(crosstalk)을 줄여 이미지 품질을 높이는 기술과 관련된다. 또한, 인쇄(printing), 칩(chip), 배열(array)과 같은 제조 공정 키워드들은 고성능 디스플레이 기술을 구현하는 데 중요한 기술적 과정과 연결된다.

이 토픽은 양자점 기술을 활용한 풀컬러 디스플레이에 서 색상 재현성과 변환 효율을 최적화하는 것과 관련되고, 컬러 필터, 칩, 소재 선택, 광학 필름의 적용과 같은 기술을 포함하여 효율적인 광학 특성과 넓은 색 영역을 확보하는 기술을 다룬다. 또한, 폴리머(polymer)층, 감광제(photoresist), 사다리꼴 미세 구조를 활용하여 크로스톡을 줄이고 이미지 선명도를 개선하며, 인쇄 및 배열 조립과 같은 제조 공정도 고성능 디스플레이에서 색상과 효율성을 최적화하는 기술을 포함한다. 이러한 점을 종합하면 본 토픽은 “양자점 기반 풀컬러 디스플레이의 색상 재현성 및 변환 효율 최적화”로 명명될 수 있다. 그리고 이 토픽은 앞서 2장에서 논의된 주요 기술 영역 중 광원 및 광학 기술과 패널 기술에 해당한다. 양자점은 고효율 발광 소재로서 색상 변환 및 필터링 기술을 통해 더 넓은 색 영역을 제공하고, 빛의 흡수와 방출을 조절하여 고품질의 이미지를 구현하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 기술은 마이크로디스플레이의 색상 정확도와 이미지 품질을 극대화하며, 디스플레이 성능을 향상시키는 데 기여한다.

4.2 특히 데이터 기반 마이크로 디스플레이 기술 동향 및 추세 분석

4.2.1 연도별 특허 출원 건수

마이크로 디스플레이 기술의 특허 출원 건수는 <Figure 7>에서 볼 수 있듯이 2005년부터 2023년까지 점진적인 상승에 이은 급격한 증가 추세를 보인다. 초기인 2005년부터 2012년까지는 연간 출원 건수가 100건에서 150건 사이로 비교적 낮고 안정적인 수준을 유지했는데, 이 시기는 마이크로 디스플레이 기술이 산업적으로나 기술적으로 중요한 발전을 이루기 전의 단계로 해석될 수 있다. 2013년 이후 출원 건수의 증가폭이 커지기 시작하였으며, 특히 2017년을 기점으로 400건을 넘어서면서 기술의 상업적 중요성이 커졌음을 나타낸다.

2020년과 2021년에는 특허 출원 건수가 각각 약 500건을 넘기며 최고치를 기록했는데, 이는 마이크로 디스플레이 기술이 상용화의 중요한 국면에 접어들어 AR, VR, 헤드업 디스플레이 등과 같은 신기술의 적용이 급증했기 때문으로 해석할 수 있다. 이 시기의 특허 급증은 관련 기술이 상업적 돌파구를 맞이하거나 기술 개발에 대한 경쟁이 치열해진 결과일 가능성이 높다. 그러나 2021년 이후 출원 건수가 감소하는 추세를 보이고 있는데, 이는 기술이 어느 정도 성숙기에 접어들면서 초기 과열된 경쟁이 안정화되고 있음을 시사한다. 또한, 출원 건수의 감소는 기술 개발이 신기술 도입보다는 기존 기술의 개선 및 최적화에 집중되는 전환점이 될 수 있음을 보여준다고 볼 수 있는데, 이러한 변화는 향후 마이크로 디스플레이 기술의 발전이 혁신보다는 성숙 단계에서의 성능 향상에 중점을 둘 가능성을 나타낸다.

4.2.2 연도별 토픽별 특허 출원 건수

마이크로 디스플레이 기술 관련 특허 출원 건수를 토픽 별로 분석한 차트인 <Figure 8>은 각 기술 주제에 대한 관심과 연구 개발의 변화를 시각적으로 보여준다. 2005년부터 2023년까지 각 토픽별 출원 건수가 시간에 따라 어떻게 변해왔는지를 살펴보면, 특정 시기에 따라 다양한 기술적 주제가 중요성을 띠고 있음을 알 수 있다.

토픽 0(마이크로 디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술)은 2016년 이후 급격한 증가세를 보이며, 특히 2023년에 최고치를 기록하고 있는데, 이는 해당 기술 주제가 최근에 많은 주목을 받고 있으며 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있음을 시사한다. 즉, 마이크로 디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술과 관련하여 2016년 이후 기술적으로 중요한 모멘텀이 발생했거나, 관련 산업에서 새로운 응용 분야가 부상하여 상업적인 기회가 창출되었을 가능성이 있다.

토픽 1(디스플레이 패널 조립 및 전극 연결 기술)은 2018년 이후로 크게 성장하였으며, 2021년에 정점을 찍은 후 다소 감소했지만 여전히 높은 수준을 유지하고 있다. 이는 마이크로디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술에 비해서는 다소 그 강도가 약하지만, 디스플레이 패널 조립 및 전극 연결 기술과 관련한 기술적 혁신이나 상업적 응용 분야에서 중요한 발전이 최근 들어 높은 수준으로 이루어 졌음을 시사한다.

이외에도 토픽 2, 3, 4, 5는 특정 시기마다 급증하는 양상을 보이며, 각 토픽의 특허 출원 건수가 시기별로 차별화된 패턴을 보인다. 이는 마이크로 디스플레이 기술의 다양한 주제가 특정 시기에 주목받으며 연구가 진행된다는 점을 나타낸다.

결과적으로 2016년 이후 전반적으로 특허 출원이 급격 증가하고 있는 경향이 있다. 특히 토픽 0과 토픽 1은 다른 토픽에 비해 더 큰 성장을 보이며, 이 두 토픽에 대한 연구와 개발이 집중되고 있음을 알 수 있다. 이는 기술적 성숙과 상업적 수요의 변화에 따라 연구와 개발이 특정 주제에 더욱 집중되고 있음을 시사한다. 향후 특허 전략은 이러한 주요 토픽에 중점을 두어 기술적 경쟁력을 확보하 는 것이 바람직할 것이다.

4.2.3 연도별 토픽별 점유율 변화 추세

마이크로 디스플레이 기술 관련 특허 출원의 비중이 연도별로 토픽별로 어떻게 변화했는지 <Figure 9>에 도식화하였다. 2005년부터 2016년까지는 토픽 0(마이크로디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술)의 비중은 다소 등락이 있지만 대체로 소폭 증가하는 추세를 보이다가 2018년 이후 지속적으로 증가해 2023년에는 가장 높은 비중을 기록했다. 이는 최근 들어 출원되는 많은 비율의 특허가 마이크 로디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술 분야에 집중되고 있음을 보여준다. 반면, 토픽 3(스마트 안경 및 웨어러블 멀티미디어 장치 기술)은 2009년과 2010년에 절대적으로 높은 비중을 차지했으나, 최근 들어 급격히 감소하여 현재는 상대적으로 가장 낮은 비중을 유지하고 있다.

5. 결 론

마이크로 디스플레이는 소형 디스플레이 장치로서 AR/VR 기기 등에서 몰입감 있는 시각적 경험을 제공하는 핵심 부품일뿐만 아니라 군사 및 의료 분야에서도 중요한 역할을 하고 있다. 향후 마이크로 디스플레이 기술은 AR/VR 보급의 확대, 스마트 안경 상용화, 맞춤형 디스플레이 수요 증가에 따라 급격한 성장이 기대되는 분야로서, 해당 기술에 대한 동향 및 추세 분석은 관련 기업이 지속적인 혁신과 성장을 이루기 위해 필수적이다.

본 연구에서는 미국, 유럽, 일본, 중국, 그리고 PCT 국제 출원을 포함하는 지역적 범위와 2005년부터 2023년까지 의 시간적 범위로 마이크로 디스플레이 기술과 관련한 특허 데이터를 수집하고, 이에 BERTopic 기반의 토픽 모델링을 적용하여 마이크로 디스플레이 기술의 개발 추세 및 동향을 분석하여 기술적 발전 경로 및 산업적 미래 가능성에 관한 시사점을 도출하였다. 마이크로 디스플레이 기술의 주요 발전 흐름을 살펴본 결과, 2017년 이후부터 전반적인 특허 출원 건수가 급격히 증가하였고, 특정 토픽에 대한 연구와 개발이 집중되고 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 마이크로디스플레이 제조 공정 및 패키징 기술과 디스플레이 패널 조립 및 전극 연결 기술이 최근 몇 년간 가장 큰 비중을 차지하고 있는데, 이로부터 해당 주제 분야에서 산업적, 기술적 수요에 따른 중요한 발전이 이루어 지고 있음을 추정할 수 있었다.

본 연구에서 마이크로 디스플레이 기술의 현재 동향과 미래 가능성을 다각도로 분석함으로써 관련 산업 및 연구 기관이 기술적 우위를 확보하고 혁신적인 제품을 개발하는 데 중요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 특허와 같은 텍스트 데이터를 토대로 토픽 모델링, 특히 BERTopic을 적용하는 접근법이 특정 기술 분야의 동향 및 추세를 분석하는데 유용한 역할을 할 수 있음을 보임으로써 향후 타 기술 주제 분야에 대한 유사 연구에 유의미한 시사점을 줄 수 있을 것으로 기대된다.