▲ 고효율 유연 수직형 청색 마이크로 LED 어레이 (30x30 어레이)의 구동 모습. 마이크로 LED 어레이는 구부린 상태에서도 고성능을 유지할 수 있었다.

국내연구진이 마이크로 LED를 전사 공정 없이 유연 플라스틱 기판에 구현하는 제작기술을 개발했다. 저비용 양산 공정과 10만시간의 수명, 뛰어난 유연성, 높은 효율로 향후 마이크로 LED의 대중화가 기대된다.

한국연구재단은 지난 17일 이건재 한국과학기술원 교수 연구팀과 한국나노기술원(KANC) 협력팀이 고효율의 유연 박막 수직형 청색 마이크로 LED 저비용 양산 기술을 개발했다고 밝혔다.

마이크로 LED TV는 2018년 세계 최대 가전박람회(CES)에서 공개되며 AMOLED를 대체할 차세대 디스플레이로 각광받았다. 마이크로 LED는 기존 LED 칩 크기를 축소해 적, 녹, 청색의 발광소재로 사용하는 기술로써, 낮은 전력과 빠른 응답속도의 장점을 갖는다.

하지만 현재 마이크로 LED는 두꺼운 미니 LED 칩을 소형화해 개별 전사하는 방식으로 생산되어 대량 생산이 어렵고, 높은 제조 가격 등으로 초기 시장에서는 수 억 원대의 프리미엄 고가제품이 될 수밖에 없을 것으로 예측된다.

따라서 마이크로 LED 디스플레이의 대중화를 위해서는 칩 개별전사가 아닌 수 십 만개의 LED를 한 번에 전사하는 박막형 마이크로 LED 전사 기술이 필수적이다. 또한 모든 색 구현에 중요한 고효율 청색 박막 마이크로 LED 기술이 핵심이다.

이에 이 교수팀은 올해 초, 두께 2μm 이하의 박막형 적색 마이크로 LED를 개발한 데 이어서, 이번에는 수천 여개의 박막형 청색 마이크로 LED를 한 번에 플라스틱 위에 구현하는 원천기술을 개발하는데 성공했다. 이는 모든 색깔을 저비용으로 구현하기 위한 핵심적인 기술이다.

개발된 청색 마이크로 LED는 수직형 박막 구조를 가지며, 매우 유연하다. 수직형 박막구조는 LED 칩 내부의 짧은 전류 통로로 인해 기존의 수평형 마이크로 LED 보다 발열이 적고 광 효율이 높다는 장점을 가진다.

또한 1제곱밀리미터(mm2)당 30밀리와트(mW) 이상의 강한 빛을 내며, 기존 수평형 박막 마이크로 LED보다 광효율이 3배 이상 뛰어나고, 발열이 적어 10만 시간(10년 이상) 구동될 수 있다.

이건재 교수는 “마이크로 LED 디스플레이를 대중화하기 위해서는 박막 전사기술, 고효율 소자 구조, 접속 및 패키징 기술이 필요하며, 올해 말까지 새 전사방법을 활용하여 스마트 와치급 풀칼라 마이크로 LED 디스플레이를 구현할 예정”이라고 후속 연구계획을 밝혔다.

한편, 해당 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(선도연구센터) 지원으로 수행됐으며 학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials) 5월18일에 게재됐다.