초소형 LED 효율 개선할 수 있는 방향성 제시 평가
“반도체·디스플레이 협력 중요성 보여주는 연구결과”
국내 연구진이 기존 마이크로 LED 디스플레이의 해상도 한계를 극복할 수 있는 기술을 개발했다.
6일 KAIST 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 반도체 공정 기술을 활용해 6만 ppi(pixel per inch) 이상의 초고해상도 디스플레이 제작 가능 기술을 개발했다고 밝혔다.
디스플레이의 기본 단위인 LED 중 무기물 LED는 기존 유기물 LED보다 높은 효율과 높은 신뢰성, 고속성을 가진다. 때문에 마이크로 크기의 무기물 LED를 픽셀 화소로 사용하는 디스플레이(이하 마이크로 LED 디스플레이)는 새로운 디스플레이 기술로 주목받고 있다.
무기물 LED를 화소로 사용하기 위해서는 적녹청(R/G/B) 픽셀을 밀집하게 배열해야 하는데 현재 적색과 녹색, 청색을 낼 수 있는 LED의 물질이 달라 각각 제작한 LED를 디스플레이 기판에 전사해야 한다. 따라서 마이크로 LED 디스플레이에 관련한 대부분 연구가 이런 패키징 측면의 전사 기술 위주로 이루어지고 있다.
그러나 수백만 개의 픽셀을 마이크로미터 크기로 정렬해 세 번의 전사과정으로 화소를 형성하는 작업은 사용하는 LED 이송헤드의 크기, 기계적 정확도, 수율 저하 문제 등 해결해야 할 기술적 난제들이 많아 초고해상도 디스플레이에 적용하는데 어려움을 겪어왔다.
김 교수 연구팀은 문제 해결을 위해 적녹청 LED 활성층을 3차원으로 적층한 후, 반도체 패터닝 공정을 이용해 초고해상도 마이크로 LED 디스플레이에 대응할 수 있는 소자 제작 방법을 제안했으며 수직 적층 시 문제가 될 수 있는 색의 간섭 문제, 초소형 픽셀에서의 효율 개선 방안을 제시했다.
연구팀은 3차원 적층을 위해 기판 접합 기술을 사용했고, 색 간섭을 최소화하기 위해 접합 면에 필터 특성을 갖는 절연막을 설계했다. 이를 통해 연구팀은 적색-청색 간섭 광을 97% 제거하는 데 성공했으며 수직 결합 후 반도체 패터닝 기술을 이용해 6만 ppi 이상의 해상도 달성 가능성을 증명했다.
또 초소형 LED 픽셀에서 문제가 될 수 있는 반도체 표면에서의 비 발광성 재결합 현상을 체계적으로 조사해 초소형 LED의 효율을 개선할 수 있는 중요한 방향성을 제시했다.
김상현 교수는 “반도체 공정을 이용해 초고해상도의 픽셀 제작 가능성을 최초로 입증한 연구로 반도체와 디스플레이 업계 협력의 중요성을 보여주는 연구 결과”라며 “후속 연구를 통해 초고해상도 미래 디스플레이의 기술 개발에 힘쓰겠다”고 말했다.
금대명 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘나노스케일(Nanoscale)’ 2019년 12월 28일자 표지 논문으로 게재됐다.
