[대학저널 오혜민 기자] GIST(지스트, 총장 문승현) 전기전자컴퓨터공학부 이동선 교수 연구팀은 고효율 적‧녹‧청(RGB) 무기물 LED를 단일 웨이퍼 상에 통합해 초고해상도 디스플레이에 응용될 수 있는 새로운 마이크로 LED기술 개발에 성공했다.

기존 미니 LED기술로 풀 컬러를 구현하기 위해서는 3개의 적‧녹‧청(RGB, 빛의 삼원색으로 빨간, 녹색, 파란색을 이용해서 색을 표시하는 방식) LED 웨이퍼를 칩 형태로 분리하고 그것을 수평 배열하는 일련의 과정이 포함된다. 하지만 미니 LED는 수백 μm(micrometer, 미터의 백만분의 일에 해당하는 길이의 단위)의 두꺼운 성장용 기판을 포함하기 때문에 100μm 이하로 크기를 줄이는 것이 기술적 한계를 갖는다.

이러한 미니 LED의 기술적 한계를 극복하기 위해 최근 디스플레이 업계에서는 성장용 기판을 제거한 박막 LED 전사방식을 채택했고 이를 이용해 TV 및 스마트워치 개발에 노력하고 있다.

하지만 시장조사 전문기관인 프랑스의 욜 디벨롭먼트(Yole Développement)에 따르면 이러한 박막전사 방법은 이송헤드(박막 LED를 집고 배열시키는 이송체) 크기제한과 기계적 배열 정확도 때문에 VR/AR과 같은 초고해상도 응용분야에는 여전히 제약이 있다고 보고한 바 있다.

이동선 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 이송헤드를 사용하지 않고 초고해상도 구현이 가능함을 보여줬다. 제작된 고효율 적‧녹‧청(RGB) LED는 MOCVD(LED 박막을 형성하는 유기금속화학증착법)를 이용한 성장기술(Growth)과 본딩(Bonding)기술을 이용해 구현됐으며 어떠한 구조적 결함 없이 단일 웨이퍼 상에 통합됐음을 확인했다. 또 제작된 소자는 BT.2020(UHD TV에서 화소가 표현할 수 있는 색공간을 평가하는 항목으로 활용)의 80%에 이르는 매우 넓은 풀 컬러(full color) 색공간을 구현해 실제 디스플레이 응용가능성을 제시했다.

이동선 교수는 “이번 연구결과는 포토리소 공정(빛을 이용한 반도체 미세 패턴 형성 공정)만으로 RGB 화소를 형성했다는 점에서 의의가 있으며 이번 기술은 포토리소 해상도만을 이용해 화소를 형성하기 때문에 VR/AR 기기와 같은 초고해상도 디스플레이에 응용에 제약이 없다”며 “디스플레이 구동회로와 결합시켜 실제 디스플레이에 적용하는 연구를 이어갈 계획”이라고 전했다.

GIST 전기전자컴퓨터공학부 이동선 교수(교신저자) 주도로 강창모 박사(제1저자)가 참여한 이번 연구는 산업통산자원부(MOTIE)와 한국연구재단(KNRF) 등의 지원을 받아 수행되었으며 연구 성과는 광학 분야 국제학술지 ACS 포토닉스(ACS Photonics)에 최근 온라인으로 게재됐다.

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