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마이크로LED 제작시간·장비투자 10분의 1 줄인 공정 첫 개발

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마이크로LED 제작시간·장비투자 10분의 1 줄인 공정 첫 개발

2021.05.25 11:25
ETRI 연구팀...새 공정용 소재도 함께 개발
ETRI 연구진이 세계 최초로 개발한 공법으로 제작한 마이크로 LED. ETRI 제공.
ETRI 연구진이 세계 최초로 개발한 공법으로 제작한 마이크로 LED. ETRI 제공.

국내 연구진이 차세대 디스플레이로 불리는 마이크로 발광다이오드(LED)를 만드는 새로운 공정과 신공정에 필요한 신소재를 세계 최초로 개발했다. 공정에 걸리는 시간과 장비 투자비용을 10분의 1로 낮추는 혁신 기술로 차세대 디스플레이 시장을 선도하는 데 기여할 전망이다. 

 

한국전자통신연구원(ETRI)은 마이크로 LED 디스플레이 공정을 간소화하고 부대 비용을 대폭 줄일 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 

 

마이크로 LED 디스플레이는 10~100마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 크기의 매우 작은 LED를 픽셀(화소) 광원으로 사용하는 스스로 빛을 내는 차세대 기술이다. 디스플레이 제품으로 만들기 위해서는 반도체 공정을 통해 마이크로 LED를 만든 뒤 이를 디스플레이 패널로 옮겨야 한다. 

 

7680X4320 화소의 해상도를 구현하는 8K TV에 필요한 마이크로 LED의 개수는 1억개에 달한다. LED의 크기가 워낙 작아 패널에 옮기는 데도 오랜 시간이 걸리고 디스플레이 제작에 필요한 소재도 수입에 의존하고 있다. 지금까지 발표된 모든 제작 방식은 LED를 옮기는 ‘전사’ 공정 뒤 LED를 심는 ‘접합’ 공정을 활용했다. 

 

ETRI 연구진은 자체 연구로 개발한 신소재인 ‘사이트랩’ 필름을 활용해 전사와 접합 공정을 하나로 합쳤다. 먼저 세기가 균일한 면 레이저를 마이크로 LED가 접착된 사이트랩 필름에 수초 동안 쏜 뒤 전사와 접합이 동시에 구현되는 핵심 공정을 개발했다. 

 

이번에 개발된 공정의 핵심은 균일하게 레이저를 넓은 면적에 쏴도 붙이고자 하는 곳만 선택적으로 가열해 마이크로 LED를 부착하는 기술이다. 공법에 적합한 신소재도 자체 개발하면서 차세대 디스플레이 기술에 활용할 수 있는 길을 열었다는 평가다. 

 

이 기술을 적용하면 대규모 투자가 필요하던 전사 장비와 접합 장비 투자 비용을 줄일 수 있다. 개발된 신소재는 레이저를 여러번 쏴도 마이크로 LED를 추가로 붙일 수 있어 불량 화소 수리가 쉽다는 것도 장점이다. 

주지호 ETRI 선임연구원(왼쪽)과 이찬미 연구원이 세계 최초로 개발한 공법인 마이크로 LED용 동시 전사 접합 공정을 수행하는 있다. ETRI 제공.
주지호 ETRI 선임연구원(왼쪽)과 이찬미 연구원이 세계 최초로 개발한 공법인 마이크로 LED용 동시 전사 접합 공정을 수행하는 있다. ETRI 제공.

연구진은 이날 처음 청색의 마이크로 LED를 공개했다. 100㎟에 1225개의 마이크로 LED가 박힌 시제품이다. 실제 산업 현장에 신공법을 적용하면 기존 공법 대비 장비 투자비와 공정시간은 10분의 1, 소재 비용과 수리 비용·시간은 100분의 1 이하로 줄일 수 있을 것으로 분석됐다. 

 

연구진은 세계 최대 디스플레이 학술대회인 ‘2021 SID 디스플레이 위크’에서 최신 기술 논문으로 소개해 우수성을 인정받았다. 

 

최광성 마이크로 LED 다기능소재단장은 “이번에 개발한 기술을 국내 디스플레이 기업 등에 이전하면 스마트 워치와 TV 등 관련 제품을 2년 내 상용화할 수 있을 것으로 보고 있다”며 “한국이 차세대 디스플레이 강국으로 거듭나고 종주국 위상을 유지하는 데 최선을 다하겠다”고 말했다. 

 

시장조사업체 옴디아의 2020년 보고서에 따르면 마이크로 LED 시장은 2027년까지 연평균 65% 성장률을 기록하며 관련 시장이 710억달러(약 79조원) 규모가 될 것으로 예상된다. 마이크로 LED가 적용된 스마트워치는 1000만대, 마이크로 LED TV 보급도 330만대를 넘어설 것이라는 전망이다. 

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