▲ 김재현 나노응용역학연구실 실장 연구팀이 개발한 ‘마이크로 LED 디스플레이’ 생산 기술.

국내 연구진이 마이크로 LED 디스플레이 제조에 필요한 전력소모량은 줄이고 생산속도는 획기적으로 개선한 롤 전사 공법을 개발했다.

한국기계연구원(원장 박천홍)은 김재현 나노응용역학연구실 실장 연구팀이 롤 전사 공정을 이용해, 전력 소모량은 반으로 줄이고 생산시간은 1만배 단축한 ‘마이크로 LED 디스플레이’ 생산 기술을 개발했다고 지난 24일 밝혔다.

마이크로 LED는 현재 주로 쓰이는 LCD와 OLED 디스플레이보다 발광효율이 3배 뛰어나다.

이번 기술의 핵심인 롤 전사 공정은 기계연의 원천 특허 기술로 국내 최초 개발 및 기술 이전에 성공했다.

롤 전사 공정은 롤러에 잉크를 묻히듯이 디스플레이의 각 픽셀에 스위치 역할을 하는 TFT 소자를 롤 스탬프로 들어 올린 후, 원하는 기판에 TFT 소자를 올려놓는다. 다시 LED 소자를 들어올려 TFT 소자가 배치된 된 기판 위에 올려놓으면 두 소자가 결합된 구조의 능동 매트릭스형 마이크로 LED 디스플레이가 완성된다.

기계연이 이번 기술 개발에 활용한 단결정 무기 물질로 구성된 마이크로 LED는, 유기 물질을 이용한 OLED보다 발광효율이 약 3배 높아 전력 소모가 적고, 내구성이 매우 우수해 모바일 디스플레이나 웨어러블 디스플레이에 적합하다.

또 기판에 대한 제약도 없어서 신축성 있고 투명한 고무 기판 위에도 전사할 수 있어 자유자재로 형태가 바뀌는 투명 디스플레이의 제작도 가능해졌다.

지난 2012년 연세대 안종현 교수 연구팀과 공동으로 롤 전사 공정을 이용해 TFT 소자 제작 기술을 개발했던 연구팀은, 이를 기반으로 이번에는 TFT와 LED 소자를 순차적으로 전사하면서 서로 간의 정렬을 가능하게 하는 다중 전사 기술을 개발했다.

연구진은 산업계의 니즈를 반영, 금속 합금를 이용해 별도의 상호연결 공정 없이 전기적 접속이 가능하도록 마이크로 LED 소자를 기판에 전사하는 동시에 전기적인 접속을 구현하는 기계연 고유의 원천 공정 기술을 확보했다.

또한 제작시간 또한 절감된다. 롤 전사 기술을 이용한 전사 장비는 초당 1만여 개 이상의 LED를 전사한다. 다이본더 방식으로 풀HD급 200만 화소의 100인치 디지털 사이니지를 제작할 경우 30일 이상이 소요되지만, 롤 전사 공정을 이용하면 1시간 안에 제작할 수 있고 이에 따라 공정비용이 크게 절감된다.

또한 롤 전사 기술을 활용하면 유연하거나 신축성이 있고, 매우 가벼운 디스플레이의 구현이 가능하다. 기존 다이본더 장비로는 다루기 어려운 크기 100 마이크론 이하의 마이크로 LED 및 두께 10 마이크론 이하의 박막 LED 소자의 전사가 가능하기 때문이다.

기계연 박천홍 원장은 “기계연이 보유한 롤 전사 원천기술 기반 산학연과의 협력으로, 세계 고성능 유연소자 생산장비 시장을 선점할 것”이라고 말했다.

한편, 기계연은 지난 20일 더케이호텔에서 열린 미래창조과학부의 ‘고성능 유연소자 기술 기반 구축사업’ 보고회를 통해 총 6건의 기술이전 계약을 체결했다.