썬다이오드-한국광기술원, 초고해상도 디스플레이 적용 기술 개발

미국 실리콘밸리 소재 썬다이오드(대표 제임스 김)와 한국광기술원(원장 신용진)은 공동연구를 통해 초고해상도 풀칼라(적·녹·청) 마이크로 디스플레이 구현이 가능한 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

최근 증강현실(AR), 혼합현실(MR) 및 메타버스를 구현하기 위한 고해상도의 마이크로디스플레이에 들어가는 마이크로 LED에 대한 관심도가 높아지고 있다.

기존 기술로 마이크로 디스플레이를 구현하기 위해서는 3개의 적·녹·청 발광다이오드(LED) 웨이퍼를 각각의 반도체 공정을 통해 칩 형태로 제작하고, 디스플레이 기판에 수평으로 배열하는 전사 공정을 거치게 된다. AR 등과 같은 초고해상도 응용분야에는 개별 공정을 통해 만들어진 10 마이크로미터(㎛)이하의 적·녹·청 마이크로LED 칩을 촘촘하게 정렬 배치해 수백만 개의 화소를 형성하는 기존 방식은 여러 기술적 난제가 존재한다.

적층형 3색 화소 정렬 소자들로 구성된 마이크로디스플레이 (왼쪽). 풀 컬러 불꽃놀이 동영상을 보여주는 마이크로디스플레이. 영상의 색 채도를 유지하기 위해 카메라의 노출을 낮춰 마이크로디스플레이 주변이 어둡게 보임.

이를 해결하기 위해 썬다이오드는 적·녹·청 마이크로LED 소자를 수직으로 적층한 획기적인 구조를 고안한 연구개발을 추진했다. 한국광기술원 차세대LED연구센터는 유기금속화학증착법(MOCVD)을 이용한 적층형 LED 반도체 웨이퍼 성장과 포토리소를 이용한 반도체 미세 패턴 공정을 개발했다.

또 3개의 마이크로LED 칩을 독립 제어하기 위해 획기적인 다중접합 LED공정기술을 개발했다. 이 기술은 탁월한 색상과 채도를 구현하는데 필수적인 역할을 한다.

이번에 개발한 단일 화소는 수직으로 적층된 3개의 독립 제어가 가능한 마이크로LED 하위 화소들로 구성돼 소자 전체 영역에서 풀칼라 방출이 가능하다. 적층형 3색 화소기술의 장점 중 하나는 컴팩트한 화소 구조로, 고해상도 마이크로LED 디스플레이를 제조하는데 필요한 화소 전사 공정의 어려움을 감소시키거나 완전한 제거가 가능하다는 점이다.

한편, 고밀도로 정렬 배치된 수직 적층형 화소들은 마이크로디스플레이의 작은 화소영역을 좀 더 효율적으로 활용하는 것이 가능하다. 풀칼라 마이크로디스플레이에는 실리콘 상보성 금속산화막반도체(CMOS) 디스플레이 백프레인 구동회로를 사용했다.

컴팩트한 구조로 개발된 마이크로디스플레이(15.4㎜ x 8.6㎜) 화소 크기는 100㎛ 해상도는 200 픽셀 퍼 인치(PPI)이며, 마이크로디스플레이 제작에 필요한 화소 전사공정을 거치지 않고 제작됐다.

연구팀은 “증강현실 및 혼합현실 분야 마이크로디스플레이는 초고해상도와 정밀 소형화가 필수”라며 “적층형 3색 마이크로LED 화소 기술은 이런 문제점을 해결하고, 마이크로디스플레이 상용화를 가속화시킬 것으로 전망한다”고 말했다.

광주=김한식기자 hskim@etnews.com