대면적부터 고해상도 소형 디스플레이에 이르기까지 다양한 활용도 제시

[기계신문] 기존 미니 LED 기술로 풀 컬러를 구현하기 위해서는 3개의 적‧녹‧청(RGB) LED 웨이퍼를 칩 형태로 분리하고 그것을 수평 배열하는 일련의 과정이 포함된다. 미니 LED는 성장용 기판을 포함하는 기존 LED를 칭하는 것으로, 최근 마이크로 LED 기술과 구분하기 위해 새롭게 명칭되기 시작했다.

하지만 미니 LED는 수백 μm(마이크로미터)의 두꺼운 성장용 기판을 포함하기 때문에 100μm 이하로 크기를 줄이는 것이 기술적 한계를 갖는다. 이러한 미니 LED의 기술적 한계를 극복하기 위해 최근 디스플레이 업계에서는 성장용 기판을 제거한 박막 LED 전사방식을 채택하였고, 이를 이용해 TV 및 스마트워치 개발에 노력하고 있다.

하지만 시장조사 전문기관인 프랑스의 욜 디벨롭먼트(Yole Développement)에 따르면, 이러한 박막전사 방법은 이송헤드 크기제한과 기계적 배열 정확도 때문에 VR/AR과 같은 초고해상도 응용분야에는 여전히 제약이 있다고 보고한 바 있다.

▲ (A) 선택성장(SAG)과 본딩기술을 이용하여 단일 기판 상에 구현된 하이브리드 RGB LED 구조도, (B) 제작된 LED의 풀 컬러 색좌표 및 발광 사진, (C) 대면적 LED 디스플레이에서부터 고해상도 소형 디스플레이에 이르기까지 그 활용도가 다양하다는 것을 제시

광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학부 이동선 교수 연구팀이 고효율 적‧녹‧청(RGB) 무기물 LED를 단일 웨이퍼 상에 통합하여 초고해상도 디스플레이에 응용될 수 있는 새로운 마이크로 LED 기술 개발에 성공했다고 밝혔다. 연구팀은 이번 연구를 통해 이송헤드를 사용하지 않고 초고해상도 구현이 가능함을 보여주었다.

제작된 고효율 적‧녹‧청(RGB) LED는 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용한 성장(Growth) 기술과 본딩(Bonding) 기술을 이용하여 구현되었으며, 어떠한 구조적 결함 없이 단일 웨이퍼 상에 통합되었음을 확인하였다.

▲ (A) 유기금속화학증착(MOCVD) 방법을 이용하여 사파이어 기판 상에 구조적 결함 없이 질화물(InGaN) 청색/녹색 듀얼 LED가 일체형으로 통합됨, (B) 접착본딩 방법으로 질화물 계열 LED(InGaN)와 인화물 계열 LED(AlGaInP)가 구조적 결함 없이 균일하게 통합됨

또한 제작된 소자는 UHD TV에서 화소가 표현할 수 있는 색공간을 평가하는 항목인 BT.2020의 80%에 이르는 매우 넓은 풀 컬러(full color) 색공간을 구현하여 실제 디스플레이 응용가능성을 제시하였다.

이동선 교수는 “이번 연구 결과는 포토리소 공정만으로 RGB 화소를 형성했다는 점에서 큰 의의가 있으며, 이 기술은 포토리소 해상도만을 이용하여 화소를 형성하기 때문에 VR/AR 기기와 같은 초고해상도 디스플레이에 응용에 제약이 없다”고 설명하며 “추후 디스플레이 구동회로와 결합시켜 실제 디스플레이에 적용하는 연구를 이어갈 계획”이라고 덧붙였다.

한편, 이번 연구는 산업통산자원부(MOTIE)와 한국연구재단(KNRF) 등의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 성과는 광학 분야 국제학술지 'ACS 포토닉스(ACS Photonics)'에 최근 온라인으로 게재되었다.