극미세 마이크로 LED 제작 기술 나왔다

한·미 공동연구팀 개발
VR·AR 실감나게 구현
공정 비용·시간 대폭 절감

극미세 풀컬러 마이크로 LED 발광 사진.

국내 연구진이 가상·증강현실(VR·AR)을 실감 나게 구현할 마이크로 디스플레이 핵심기술인 극미세 풀컬러 마이크로 LED 화소 제조 원천기술 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 홍영준 교수(세종대), 김지환·정광훈 교수(미국 매사추세츠공대), 이규상 교수(미국 버지니아대), 압달라 오가자덴 교수(유럽 조지아공대) 공동연구팀이 웨이퍼에서 쉽게 떼어낼 수 있는 신개념 에피택시 기술과 이를 이용한 초고밀도 배열 마이크로 LED 수직 화소 제조기술 개발에 성공했다고 9일 밝혔다.

모바일 기기와 VR·AR 기술 발전에 따라 높은 몰입감을 제공하는 초소형 디스플레이 개발 경쟁이 치열하다. 그러나 LED를 작은 칩 형태로 만들고 전사해 디스플레이를 제작하는 기존 방식은 칩이 작아질수록 전사 위치 정확도와 성공률이 낮아 고해상도 디스플레이 구현에 한계가 있다. 또 웨이퍼에 화학적으로 강하게 결합한 LED를 분리하려면 화학적 식각이나 고출력 레이저를 사용해야 해 대면적 고수율 LED 분리가 어렵고 공정비용과 시간이 요구된다.

연구팀은 웨이퍼 표면을 나노소재로 코팅한 후 단결정 반도체를 제조하는 '반 데어 발스 에피택시법'을 개발해 웨이퍼에서 적·녹·청색 발광 LED층을 대면적 멤브레인(얇은 필름 형태 막) 형태로 쉽게 떼어낼 수 있도록 LED를 제조하고 초미세 화소 제작에 활용했다.

더불어 웨이퍼에서 분리한 적·녹·청색 발광 LED 멤브레인을 수직으로 쌓고 고정밀 광식각 공정으로 4마이크로미터(㎛) 크기로 화소를 패터닝해 5100 PPI급 총천연색을 구현하는 극미세 수직 화소를 제작했다.

특히 LED를 떼어낸 웨이퍼는 동일한 품질의 LED를 반복적으로 생산할 수 있어 디스플레이 제작비용 절감도 기대될 것으로 연구팀은 전망했다.

홍영준·김지환 교수는 “적층형 마이크로 LED 수직 화소는 기존 수평 측면 배열형 대비 화소 밀도를 최소 3배 이상 높일 수 있어 고해상도 초실감형 확장현실(XR) 및 메타버스 디스플레이 응용과 제작에 적합하다”고 말했다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노 및 소재 기술개발 사업, 선도연구센터, 해외 우수 연구기관 유치사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 네이처(Nature)에 지난 2일 게재됐다.

이인희기자 leeih@etnews.com