마이크로LED 픽셀 수직으로 쌓아 디스플레이 화질 높인다

김지환 MIT 교수 연구팀, 네이처에 공개

알록달록한 색의 발광다이오드(LED) 빛으로 만들어진 터널. 게티이미지뱅크

한국 과학자가 마이크로 발광다이오드(LED)에서 나란히 배열돼 있는 픽셀을 수직으로 배치해 선명도를 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다. 성능과 화질 개선에 정체기를 맞은 기존 LED 시장의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

김지환 매사추세츠공대(MIT) 재료공학과 교수는 색깔을 띠는 픽셀을 수평 대신 수직으로 배치하는 방법으로 마이크로 LED의 선명도를 높일 수 있는 방법을 개발해 국제학술지 '네이처' 2월 1일(현지시간)자에 발표했다.

LED는 전류를 가하면 빛을 내는 반도체 소자다. LED로 디스플레이를 구현할 때 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 빛을 내는 각각의 픽셀이 수평으로 배치돼 있어 전류의 흐름에 따라 빛을 내거나 내지 않는 식으로 작동해 다양한 색깔을 만들어낸다. 빨간색에 높은 전류가 흐르고 파란색에 약한 전류가 흐르면 분홍색이 나타나는 식이다. 

그중에서도 마이크로 LED는 픽셀을 나타내는 소자 하나의 크기가 100㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m) 이하인 소자를 말한다. 마이크로 LED는 유기소재를 재료로 사용하는 유기발광다이오드(OLED)와 달리 질화갈륨(GaN)을 사용해 발광효율이 더 좋은 것으로 알려졌다.

픽셀을 수직으로 쌓는 방법을 이용하면 픽셀이 차지하는 공간을 획기적으로 줄여 1인치에 약 5000픽셀을 넣을 수 있는 것으로 나타났다. 신지호 MIT 재료공학과 박사후연구원은 "수직 픽셀을 이용하면 더 작은 공간에서 고해상도 디스플레이를 구현할 수 있다"며 "지금까지 논문에 보고된 것 중 가장 높은 밀도로 픽셀을 구현하는 방법"이라고 설명했다.

김 교수팀은 더 작고 얇으면서도 유연한 전자장치를 개발하는 연구를 지속하고 있다. 지난해 8월 국제학술지 '사이언스'에 칩이 없이도 작동할 수 있는 초박막 전자피부를 개발해 발표하기도 했다. 칩이 없어 유연한 전자피부는 피부에 붙여 사람의 맥박이나 피부 상태를 측정할 수 있어 웨어러블 기기에 활용할 수 있는 기술로 평가받았다.

이번에 개발한 수직형 LED도 더 작은 화면에서 고화질 해상도를 구현할 수 있어 웨어러블 기기에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이론상 픽셀을 수직으로 쌓으면 픽셀이 차지하는 영역을 3 분의 1로 줄일 수 있다. 김 교수는 "생생한 이미지를 구현해야 하는 스마트워치나 가상현실(VR) 장치 등 소형디스플레이를 개발하기 위해 필요한 기술"이라고 설명했다.

[이영애 기자 yalee@donga.com]